JP2015094746A - Effective delayed neutron fraction measurement method and effective delayed neutron fraction measurement apparatus - Google Patents

Effective delayed neutron fraction measurement method and effective delayed neutron fraction measurement apparatus Download PDF

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琢也 馬野
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研一 吉岡
菅原 聡
Satoshi Sugawara
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately measure an effective delayed neutron fraction without need of special equipment.SOLUTION: An effective delayed neutron fraction measurement method includes: a test step S100 of acquiring, by an input device, measuring results of multiplication time at a time of withdrawing entire control rods from a critical state and an axial fission fraction distribution of fuel rods; a reactivity, etc., calculation step S200 of calculating a reactivity ρ and an axial extrapolation distance δ; a correction step S300 of calculating an infinite multiplication factor k, and correcting the infinite multiplication factor kfrom a measured value of the axial fission fraction distribution and a measured value of a critical water level zc; a critical-water-level calculation step S400 of calculating the critical water level zc at a time of withdrawal of the entire control rods; and a final-value calculation step S500 of calculating a final value of an effective delayed neutron fraction β. In the reactivity, etc., calculation step S200, a provisional value of the effective delayed neutron fraction βnecessary for calculation is used.

Description

本発明の実施形態は、実効遅発中性子割合を測定する実効遅発中性子割合測定方法および実効遅発中性子割合測定装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to an effective delayed neutron ratio measuring method and an effective delayed neutron ratio measuring apparatus for measuring an effective delayed neutron ratio.

発電を目的とした商業用原子炉では高い経済性が要求されるが、第一に安全性の確保が不可欠である。よって商業用原子炉の建設に際して原子炉設置のためには、原子炉の運転性能に関わる検討が要求され、また定常運転時に外乱が加わった場合の安定性について詳しい検討が必要とされる。   Commercial reactors for power generation require high economic efficiency, but first of all it is essential to ensure safety. Therefore, in order to install a nuclear reactor in the construction of a commercial reactor, it is necessary to study the operational performance of the reactor, and it is necessary to study in detail the stability when a disturbance is applied during steady operation.

原子炉の安定性とは原子炉の過渡特性とも呼ばれ、原子炉が定常運転状態の場合、運転状態を支えている周辺機器の性能の変化によって物理的条件が変化しても、原子炉が安定に運転状態を保つことができるか、あるいは安全に停止できるかの詳しい検討がなされる。例えば商業用軽水炉発電所では炉心タンク内の軽水をモータ駆動のポンプで循環させているが、このモータの回転数が変化し、炉心内の水の循環スピードが変化した場合でも原子炉の出力が急激に上昇することはなく、危険な状態にはならないように設計されている。   Reactor stability is also called transient characteristics of the reactor.When the reactor is in a steady operation state, even if physical conditions change due to changes in the performance of peripheral equipment that supports the operation state, Detailed examination is made as to whether the operation state can be stably maintained or whether the operation can be stopped safely. For example, in a commercial light water reactor power plant, light water in the core tank is circulated by a motor-driven pump, but even if the rotation speed of this motor changes and the circulation speed of the water in the core changes, the output of the nuclear reactor It is designed not to go up suddenly and into a dangerous state.

原子炉の出力変化に注目して検討を行う際に利用される理論では動特性方程式が用いられ、その動特性方程式において重要な概念が反応度と呼ばれる物理量である。反応度は原子炉の核分裂反応(出力)の時間的変化をつかさどる物理量であり、正の反応度は原子炉の核分裂反応を増加させ、負の反応度は核分裂反応を減少させる。また正の反応度の場合、その値が大きくなればなるほど核分裂反応の時間的増加割合は大きくなる。   The theory used when investigating with attention paid to changes in reactor power uses a dynamic characteristic equation, and an important concept in the dynamic characteristic equation is a physical quantity called reactivity. Reactivity is a physical quantity that governs temporal changes in nuclear fission reaction (power). Positive reactivity increases the nuclear fission reaction, and negative reactivity decreases the fission reaction. In the case of positive reactivity, the rate of time increase of the fission reaction increases as the value increases.

反応度の大きさは、実効遅発中性子割合(Effective delayed neutron fraction)に対する比、すなわち実効遅発中性子割合で除した値によって議論される。反応度が実効遅発中性子割合と等しいときの反応度の大きさを1$(ドル)と呼ぶ。反応度が1$であるときは原子炉の核分裂反応は爆発的に増加し、いわゆる反応度事故と呼ばれる事象に至る。よって商業用軽水炉ではどんな場合でも原子炉には1$の正の反応度が加わらないように設計されている。   The magnitude of the reactivity is discussed by the ratio to the effective delayed neutron fraction, ie the value divided by the effective delayed neutron fraction. The magnitude of the reactivity when the reactivity is equal to the effective delayed neutron ratio is called 1 dollar (dollar). When the reactivity is 1 $, the nuclear fission reaction increases explosively, leading to what is called a reactivity accident. Thus, commercial light water reactors are designed so that in any case, the reactor will not have a positive reactivity of $ 1.

ここで、遅発中性子割合とは、核分裂反応によって放出される中性子の時間差に注目して、中性子を区別した物理量である。核分裂反応では核分裂の瞬間の数十から数百μsec、即ち10−4秒程度で放出される即発中性子と、核分裂生成物(核分裂片)から崩壊現象によって核分裂時から数十秒遅れて発生する遅発中性子とがある。例えば235Uが核分裂した場合、発生する中性子の約99.3%が即発中性子で残りの約0.7%が遅発中性子である。この遅発中性子の役割は大きく、もし核分裂によって発生する中性子のうちの全ての中性子が即発中性子であれば核分裂してから中性子が発生する時間は10−4秒程度である。一方、0.7%が遅発中性子であれば、核分裂して中性子が発生するまでの実効的な時間は0.07秒程度になる。 Here, the delayed neutron ratio is a physical quantity that distinguishes neutrons by paying attention to the time difference of neutrons released by the fission reaction. Fission several hundred μsec tens moment fission is, namely 10 and prompt neutrons emitted at about -4 second, late be delayed a few tens of seconds from the time of nuclear fission by collapse from fission products (fission fragments) There are neutrons. For example, when 235 U undergoes fission, about 99.3% of generated neutrons are prompt neutrons and the remaining about 0.7% are delayed neutrons. This delayed neutron plays a major role. If all neutrons generated by fission are prompt neutrons, the time for generating neutrons after fission is about 10-4 seconds. On the other hand, if 0.7% is delayed neutrons, the effective time from fission to generation of neutrons is about 0.07 seconds.

原子炉内では235Uのみではなくて238Uも核分裂をしており、235Uと238Uとではそれぞれ遅発中性子割合が異なるので、原子炉全体の遅発中性子割合は原子炉の炉心全体の核分裂状態の振る舞いを詳しく調べて平均化した値になる。この値を実効遅発中性子割合と呼ぶ。また慣例としてこの値をβeff(beta effective)と呼ぶことも多い。 In the reactor, not only 235 U but also 238 U has undergone fission, and 235 U and 238 U have different ratios of delayed neutrons. This is an average value obtained by examining the behavior of the fission state in detail. This value is called the effective delayed neutron ratio. Also, as a convention, this value is often called β eff (beta effective).

炉心の実効遅発中性子割合は、原子炉に加わったり減じられたりする反応度の効果を評価する際に最も重要な数値である。実効遅発中性子割合が大きい原子炉ほど、原子炉の核分裂反応を変化させる外乱に関してその影響が小さいと言える。   The effective delayed neutron ratio of the core is the most important value when evaluating the effect of reactivity added to or subtracted from the reactor. It can be said that a reactor with a larger effective delayed neutron ratio has less influence on the disturbance that changes the nuclear fission reaction.

以上を簡単にまとめると、商業用原子炉では運転状態での核分裂反応の外乱による変化(過渡特性)を評価する際に、動特性方程式を用いて定量評価し、その動特性方程式では反応度の大小の目盛り付けをする実効遅発中性子割合が非常に重要な物理量になっている。   To summarize the above, when evaluating changes (transient characteristics) of a nuclear fission reaction due to a disturbance in a commercial reactor, a quantitative evaluation is performed using the dynamic equation, and the reactivity equation shows the degree of reactivity. The ratio of effective delayed neutrons with large and small scales is a very important physical quantity.

加えて、商業用発電炉を建設して実運用する前には、核分裂反応が設計で意図していたような振る舞いを示すかどうかの炉物理試験、また核分裂反応を停止させる制御棒の能力などを調べる試験等がなされるが、この場合もその効果を実効遅発中性子割合の値を駆使して評価する。   In addition, before constructing and operating commercial power reactors, reactor physics tests to determine if the fission reaction behaves as designed, and the ability of control rods to stop the fission reaction, etc. In this case, the effect is evaluated using the effective delayed neutron ratio value.

このように実効遅発中性子割合は、商業用発電炉において運転や安全に直接関係する極めて重要な基本物理量である。このように実効遅発中性子割合は原子炉の動特性や反応度変化を把握する際に非常に重要な数値であって、実験によって実際に測定することができれば計算コードの計算手法の妥当性、使用する核データの品質の確認とそれらの品質の向上に大きく寄与する。よって臨界実験によって実効遅発中性子割合を測定するべき必要性や要望は大きい。   Thus, the effective delayed neutron ratio is an extremely important basic physical quantity directly related to operation and safety in a commercial power reactor. In this way, the effective delayed neutron ratio is a very important numerical value for grasping the reactor dynamics and reactivity change, and if it can be actually measured by experiment, the validity of the calculation method of the calculation code, This greatly contributes to confirming the quality of the nuclear data used and improving the quality. Therefore, there is a great need and desire to measure the effective delayed neutron ratio by critical experiments.

一方、この実効遅発中性子割合は測定によって求めることが極めて困難な物理量である。測定する手法がこれまで幾つか提案されているが、発電を目的とした商業用の原子炉でこの実効遅発中性子割合を実測することは時間的、経済的、技術的に成立性はきわめて低い。よって商業用原子炉においては、高品質のコンピュータプログラム(コンピュータコードと呼ばれることが多い)と定評のある核データライブラリを用いてコンピュータによる詳しい計算を実施して、原子炉に対する平均値としての実効遅発中性子割合を求めている。   On the other hand, this effective delayed neutron ratio is a physical quantity that is extremely difficult to obtain by measurement. Several measurement methods have been proposed so far, but measuring the effective delayed neutron ratio in a commercial reactor for power generation is extremely low in terms of time, economics, and technology. . Therefore, in a commercial nuclear reactor, detailed calculations by a computer are performed using a high-quality computer program (often called computer code) and a well-established nuclear data library, and the effective delay as an average value for the nuclear reactor is calculated. The ratio of neutrons is calculated.

この場合、計算手法、計算に使用するコンピュータプログラム(コンピュータコード)、核データライブラリに記録されている核分裂性核種毎の遅発中性子について値(割合、収率)の精度や品質を確認しておく必要がある。   In this case, check the accuracy and quality of the calculation method, the computer program (computer code) used for the calculation, and the delayed neutrons for each fissile nuclide recorded in the nuclear data library. There is a need.

発電を目的とした商業用の原子炉の安全性に直接関係する物理量であるので、この実効遅発中性子割合の計算精度を把握することは極めて重要である。商業用の原子炉の設計や運用の信頼性を確認するために、この実効遅発中性子割合の計算精度を確認する潜在的な需要は大きい。   Since it is a physical quantity that is directly related to the safety of commercial reactors for power generation, it is extremely important to understand the calculation accuracy of this effective delayed neutron ratio. In order to confirm the reliability of the design and operation of commercial reactors, there is great potential demand for confirming the accuracy of calculating the effective delayed neutron fraction.

これまで実効遅発中性子割合の計算精度を確認するためのプロジェクトが幾つか実施されている。過去、1996年(平成8年)から1998年(平成10年)に日本原子力研究所(JAERI)とフランス原子力庁(CEA)が実施した実効遅発中性子割合βeff測定の国際ベンチマーク実験がある。これは計算値と比較することを目的として臨界実験装置で実効遅発中性子割合を測定することを目的とした日仏共同実験であった。 Several projects have been carried out to confirm the accuracy of calculating the effective delayed neutron ratio. There is an international benchmark experiment of effective delayed neutron ratio β eff measurement conducted by Japan Atomic Energy Research Institute (JAERI) and French Atomic Energy Agency (CEA) from 1996 (Heisei 8) to 1998 (Heisei 10). This was a joint experiment between France and Japan aimed at measuring the effective delayed neutron fraction with a critical experiment device for the purpose of comparing with the calculated values.

実効遅発中性子割合を測定する手法は、主に原子炉の雑音(中性子検出器の信号の揺らぎなど)を基にその信号を数学的に処理して物理量を評価する手法、すなわち炉雑音(Reactor noise)理論に基づく手法によって測定されてきた。これらの手法のうちこの国際ベンチマーク実験ではBennett法(中性子の相関実験手法)が用いられた。   The method for measuring the effective delayed neutron ratio is a method of evaluating physical quantities by mathematically processing the signal based on reactor noise (such as neutron detector signal fluctuation), that is, reactor noise (Reactor). noise) based on the theory. Among these methods, the Bennett method (neutron correlation experiment method) was used in this international benchmark experiment.

この測定の特徴は原子炉雑音理論に基づき中性子検出器の出力信号を電気的に処理して共分散を求め、その共分散の値から測定値を得る手法であり理論は広く知られている。Bennett法では、電気信号の処理自体は現在のコンピュータ技術からはさほど困難なものではないが、中性子検出器の信号の相関を取る必要上、検出特性が非常に類似している最低でも2種類の中性子検出器が必要である。一方、中性子検出器のハードウェア関係は常に簡単に用意できるものではない。このため、実験全体のシステムの準備が容易ではなく、時間的、経済的コストを必要とする。すなわちどの臨界実験装置でも現行の設備を用いて容易に適用できる手法ではない。   The feature of this measurement is the technique of obtaining the measured value from the covariance value by electrically processing the output signal of the neutron detector based on the reactor noise theory and obtaining the measured value. The theory is widely known. In the Bennett method, the electrical signal processing itself is not so difficult from the current computer technology, but in order to correlate the signals of the neutron detectors, at least two kinds of detection characteristics are very similar. A neutron detector is required. On the other hand, the hardware relationship of neutron detectors is not always easy to prepare. For this reason, preparation of the system of the whole experiment is not easy, and time and economical cost are required. In other words, it is not a technique that can be easily applied to any critical experiment apparatus using current equipment.

特開2008−217139号公報JP 2008-217139 A

以上のように、これまでの技術では、発電を目的とした商業用原子炉の設計と運用上、かつ安全性に関して精度の高い実効遅発中性子割合βeffを計算する必要があり、さらには、その計算に使用する計算コード、核データの品質を確認する要求(ニーズ)がある。一方、計算コード、核データの品質を臨界実験装置で測定した実効遅発中性子割合βeffと比較する場合も測定は容易ではなく、多くの時間的、経済的コストを必要とするという問題、解決すべき課題があった。 As described above, in the conventional technology, it is necessary to calculate the effective delayed neutron ratio β eff with high accuracy in terms of design and operation of a commercial nuclear reactor for power generation and safety, There is a requirement (need) to confirm the quality of the calculation code and nuclear data used for the calculation. On the other hand, when the quality of the calculation code and nuclear data is compared with the effective delayed neutron ratio β eff measured with a critical experiment device, the measurement is not easy, and the problem and solution that a lot of time and economic costs are required There were issues to be addressed.

そこで、本発明の実施形態は、特別な機器を要することなく実効遅発中性子割合を精度よく測定することを目的とする。   Then, embodiment of this invention aims at measuring an effective delayed neutron ratio accurately, without requiring a special apparatus.

上述の目的を達成するため、本実施形態は、複数の燃料棒が水平方向に互いに間隔をあけて配列された炉心を収納する炉心タンク内を所定の水位に保持して、制御棒の炉心への挿入長さを調整して臨界を達成する臨界装置の実効遅発中性子割合を算出する実効遅発中性子割合測定方法において、臨界状態から制御棒を全量引き抜きした際の増倍時間tおよび燃料棒の軸方向核分裂率分布の測定結果を入力装置が取得する試験ステップと、前記試験ステップの後に、前記増倍時間tおよび前記軸方向核分裂率分布の測定結果を用いて反応度ρおよび軸方向外挿距離δを算出する反応度等算出ステップと、前記反応度等算出ステップの後に、無限増倍率kを算出し、前記軸方向核分裂率分布および前記炉心が臨界となった際の臨界水位zcの測定値から前記無限増倍率kを補正する補正ステップと、前記補正ステップの後に、前記制御棒の全引き抜き時の前記臨界水位zcを算出する臨界水位算出ステップと、前記臨界水位算出ステップの後に、前記実効遅発中性子割合βeffの最終値を算出する最終値算出ステップと、を有し、前記反応度等算出ステップにおいては、前記実効遅発中性子割合βeffの暫定値を算出し、この前記実効遅発中性子割合βeffの前記暫定値を使用することを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the present embodiment maintains a predetermined water level in a core tank that stores a core in which a plurality of fuel rods are arranged at intervals in the horizontal direction, to the core of the control rod. In the effective delayed neutron ratio measurement method for calculating the effective delayed neutron ratio of the critical device that adjusts the insertion length of the critical device to achieve the criticality, the multiplication time t when the control rod is fully extracted from the critical state and the fuel rod A test step in which the input device acquires measurement results of the axial fission rate distribution of the sample, and after the test step, using the multiplication time t and the measurement result of the axial fission rate distribution, the reactivity ρ and the off-axis direction After the step of calculating the reactivity, etc. for calculating the insertion distance δ, and the step of calculating the reactivity, etc., an infinite multiplication factor k is calculated, and the critical water level zc when the axial fission rate distribution and the core become critical Measurement A correction step of correcting the infinite multiplication factor k from the value, after said correction step, and the critical water level calculation step of calculating the critical water level zc at full withdrawal of the control rod, after the critical water level calculation step, A final value calculating step of calculating a final value of the effective delayed neutron ratio β eff , and in the reactivity etc. calculating step, a provisional value of the effective delayed neutron ratio β eff is calculated, The provisional value of the effective delayed neutron ratio β eff is used.

また、本実施形態は、鉛直方向に延びる複数の燃料棒が水平方向に互いに間隔をあけて格子状に配列された炉心を収納するタンク内を所定の水位に保持して、鉛直方向に延びる制御棒の炉心への挿入長さを調整して臨界を達成する臨界装置の実効遅発中性子割合を算出する実効遅発中性子割合測定装置において、実験で得られたデータの外部入力を受け入れる入力装置と、前記入力装置で受け入れたデータを格納する実験体系測定値記憶部と、実効遅発中性子割合βeffの暫定値を算出する実験体系実効遅発中性子割合暫定値演算部と、前記実験体系実効遅発中性子割合暫定値演算部で算出された実効遅発中性子割合βeffの暫定値を記憶する実験体系実効遅発中性子割合暫定値記憶部と、軸方向および横方向の中性子の流れを計算し、横方向の漏れの軸方向の漏れに対する比aの算出、前記実験体系測定値記憶部に格納された中性子検出器の信号にもとづく増倍時間tの算出、前記増倍時間tおよび前記実験体系実効遅発中性子割合暫定値記憶部に格納された前記実効遅発中性子割合βeffの暫定値を用いての臨界実験装置に加わった反応度ρの算出、前記実験体系測定値記憶部に格納された実験条件データから制御棒を全引き抜きしたときにちょうど臨界になる水位zcの算出および試験時の水位における制御棒の全引き抜き状態での中性子実効増倍率keffの算出を行う実験体系物理量演算部と、前記実験体系物理量演算部で算出された前記横方向の漏れの軸方向の漏れに対する比a、前記反応度ρ、前記水位zc、前記中性子実効増倍率keff等の算出結果を記憶する実験体系物理量記憶部と、前記実験体系測定値記憶部に格納された軸方向出力分布データに基づき軸方向の外挿距離δを含めて軸方向出力分布f(x)を算出する実験体系軸方向外挿距離演算部と、前記実験体系軸方向外挿距離演算部で算出した軸方向外挿距離を含む出力分布を記憶する実験体系軸方向外挿距離記憶部と、前記実験体系測定値記憶部に格納された実験条件データを用いて炉心体系を代表する燃料棒セルの無限増倍率kを算出し、また、入力装置から出力された選定された計算手法および計算コードを用いて、炉心体系の中性子実効増倍率keff を算出する代表燃料棒セル無限増倍率演算部と、前記代表燃料棒セル無限増倍率演算部で算出された炉心体系を代表する燃料棒セルの無限増倍率kを記憶する代表燃料棒セル演算値記憶部と、前記実験体系物理量演算部が評価した中性子実効増倍率の計算結果keff と実験結果keff とを比較し、差の絶対値|keff −keff |/keff を算出し、さらに、この絶対値|keff −keff |/keff が規定値以下であるか否かを判定する計算値・測定値相対誤差演算部と、前記計算値・測定値相対誤差演算部で算出された絶対値|keff −keff |/keff を記憶する計算値・測定値相対誤差記憶部と、適切な計算手法、核データライブラリ、計算コードで、実験体系での実効増倍率keffの感度係数ベクトルSを算出する実験体系感度係数ベクトル演算部と、前記実験体系感度係数ベクトル演算部で算出された実験体系での実効増倍率keffの感度係数ベクトルSを記憶する実験体系感度係数ベクトル記憶部と、炉心を代表する燃料棒セルの無限増倍率kの感度係数ベクトルSを算出する代表燃料棒セル感度係数ベクトル演算部と、前記代表燃料棒セル感度係数ベクトル演算部で算出された炉心を代表する燃料棒セルの無限増倍率kの感度係数ベクトルSを記憶する代表燃料棒セル感度係数ベクトル記憶部と、核データライブラリの共分散誤差行列Wを演算する共分散誤差行列演算部と、前記共分散誤差行列演算部で算出された共分散誤差行列Wを記憶する共分散誤差行列記憶部と、前記実験体系物理量演算部が評価した計算値keff に含まれる相対誤差Eの算出、前記実験体系感度係数ベクトル記憶部に記憶された前記感度係数ベクトルSと前記代表燃料棒セル感度係数ベクトル記憶部に記憶された前記感度係数ベクトルSと前記共分散誤差行列記憶部に記憶された前記共分散誤差行列Wとを用いた修正因子CFの算出と、前記相対誤差Eおよび修正因子CFを用いた入力パラメータに起因する相対誤差ERの算出、前記入力パラメータに起因する相対誤差ERを用いた中性子無限増倍率kの補正を行う代表燃料棒セル無限増倍率補正値演算部と、前記実験体系物理量記憶部に格納された前記横方向の漏れの軸方向の漏れに対する比a、前記反応度ρ、前記水位zc、前記中性子実効増倍率keff等と、前記実験体系実効遅発中性子割合暫定値記憶部に格納された実効遅発中性子割合βeffの暫定値とを用いて、移動面積M の算出、第2の移動面積M の算出、前記移動面積M と前記移動面積M とを合成した移動面積Mの算出を行う代表燃料棒セル移動面積演算部と、前記代表燃料棒セル移動面積演算部で算出された移動面積M、前記代表燃料棒セル無限増倍率補正値演算部で算出された補正後のkおよび中性子実効増倍率keff等を用いて、実効遅発中性子割合βeffの最終値を算出する実験体系実効遅発中性子割合演算部と、を有することを特徴とする。 Further, in the present embodiment, a control in which a plurality of fuel rods extending in the vertical direction are held in a predetermined water level in a tank that houses a core arranged in a lattice form with a space in the horizontal direction and extended in the vertical direction. An effective delayed neutron ratio measuring device that calculates the effective delayed neutron ratio of a critical device that achieves criticality by adjusting the insertion length of the rod into the core, and an input device that accepts external input of data obtained in experiments An experimental system measurement value storage unit for storing data received by the input device; an experimental system effective delayed neutron ratio provisional value calculation unit for calculating a provisional value of the effective delayed neutron ratio βeff ; and the experimental system effective delay An experimental system effective delayed neutron ratio provisional value storage unit that stores the provisional value of the effective delayed neutron ratio βeff calculated by the neutron ratio provisional value calculation unit, and calculates the axial and lateral neutron flows, The calculation of the ratio a of the direction leakage to the axial leakage, the calculation of the multiplication time t based on the signal of the neutron detector stored in the experimental system measurement value storage unit, the multiplication time t and the experimental system effective delay Calculation of the reactivity ρ applied to the critical experiment device using the provisional value of the effective delayed neutron ratio βeff stored in the provisional neutron ratio provisional value storage unit, the experimental conditions stored in the experimental system measurement value storage unit An experimental system physical quantity calculation unit for calculating a water level zc that becomes critical when all control rods are extracted from the data, and calculating a neutron effective multiplication factor k eff in a full extraction state of the control rods at the water level during the test, ratio experiment system physical quantity said transverse axial leakage leakage calculated in the operation unit a, the reactivity [rho, the water level zc, stores the calculated result of the such neutron effective multiplication factor k eff An experimental system axis for calculating an axial output distribution f (x) including an extrapolation distance δ in the axial direction based on the axial output distribution data stored in the experimental system physical quantity storage unit and the experimental system measurement value storage unit A direction extrapolation distance calculation unit, an experiment system axis direction extrapolation distance storage unit that stores an output distribution including an axial direction extrapolation distance calculated by the experiment system axis direction extrapolation distance calculation unit, and the experiment system measurement value storage The infinite multiplication factor k of the fuel rod cell representing the core system is calculated using the experimental condition data stored in the unit, and the core is calculated using the selected calculation method and calculation code output from the input device. A representative fuel rod cell infinite multiplication factor calculating unit for calculating the effective neutron multiplication factor k eff C of the system, and an infinite multiplication factor k of the fuel rod cell representing the core system calculated by the representative fuel rod cell infinite multiplication factor calculating unit. Representative fuel to remember The calculation result k eff C of the neutron effective multiplication factor evaluated by the rod cell calculation value storage unit and the experimental system physical quantity calculation unit is compared with the experimental result k eff E, and the absolute value of the difference | k eff C −k eff E | / K eff E is calculated, and the absolute value | k eff C −k eff E | / k eff E is determined to determine whether or not the calculated value / measured value relative error calculating unit; Calculated value / measured value relative error storage unit for storing absolute value | k eff C −k eff E | / k eff E calculated by the calculated value / measured value relative error calculation unit, an appropriate calculation method, and nuclear data library, the calculation code, with the experimental system sensitivity coefficient vector calculating portion for calculating a sensitivity coefficient vector S E of the effective multiplication factor k eff of the experimental system, effective in the calculated experimental scheme in the experimental system sensitivity coefficient vector calculation part Multiplication the experimental system sensitivity coefficient vector storage unit for storing the k eff sensitivity coefficient vector S E, representative fuel rod cell sensitivity coefficient vector calculation for calculating a sensitivity coefficient vector S R of infinite multiplication factor k of the fuel rod cells representing the core and parts, and the representative fuel rod cell sensitivity coefficient vector representative fuel rod cell sensitivity coefficient vector storage unit for storing the sensitivity coefficient vector S R of infinite multiplication factor k of the fuel rod cells representative of core calculated by the calculation unit, A covariance error matrix calculation unit for calculating the covariance error matrix W of the nuclear data library, a covariance error matrix storage unit for storing the covariance error matrix W calculated by the covariance error matrix calculation unit, and the experimental system calculation of the relative error E P of the physical quantity calculation unit is included in the calculated values k eff C was evaluated, and the stored in the experimental system sensitivity coefficient vector storage unit the sensitivity coefficient vector S E Serial representative fuel rod cell sensitivity coefficient the sensitivity coefficients stored in the vector storage unit vector S R and the covariance error matrix storage unit the covariance error matrix W stored in the calculation of the correction factor CF with the representative fuel rod cell for relative calculation of the relative error ER P due to the input parameters using the error E P and modifiers CF, correction of neutron infinite multiplication factor k with relative error ER P due to the input parameters An infinite multiplication factor correction value calculation unit, a ratio of the horizontal leakage to the axial leakage stored in the experimental system physical quantity storage unit, the reactivity ρ, the water level zc, the effective neutron multiplication factor k eff, etc. When the using the experimental system effective delayed neutron fraction provisional provisional value of the effective delayed neutron fraction beta eff stored in the storage unit, transfer area M 1 2 calculation, the second transfer area M 2 2 Calculating, said transfer area M 1 2 and the transfer area M 2 2 and the calculates the synthesized transfer area M 2 represent fuel rod cell transfer area calculation unit, calculated by the representative fuel rod cell transfer area calculation unit The final value of the effective delayed neutron ratio β eff is calculated using the moving area M 2 , the corrected k calculated by the infinite multiplication factor correction value calculation unit of the representative fuel rod cell, the effective neutron multiplication factor k eff, etc. An experimental system effective delayed neutron ratio calculating unit.

本発明の実施形態によれば、特別な機器を要することなく実効遅発中性子割合を精度よく測定することができる。   According to the embodiment of the present invention, the effective delayed neutron ratio can be accurately measured without requiring a special instrument.

実施形態に係る実効遅発中性子割合測定装置の対象とする臨界実験装置の構成を示す立断面図である。It is an elevation sectional view showing the composition of the criticality experiment apparatus which is the target of the effective delayed neutron ratio measuring apparatus according to the embodiment. 実施形態に係る実効遅発中性子割合測定装置の対象とする臨界実験装置の炉心を示す平面図である。It is a top view which shows the core of the critical experiment apparatus made into the object of the effective delayed neutron ratio measuring apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係る実効遅発中性子割合測定装置の対象とする臨界実験装置の炉心の他の例を示す平面図である。It is a top view which shows the other example of the core of the critical experiment apparatus made into the object of the effective delayed neutron ratio measuring apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係る実効遅発中性子割合測定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the effective delayed neutron ratio measuring apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係る実効遅発中性子割合測定装置の演算部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the calculating part of the effective delayed neutron ratio measuring apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係る実効遅発中性子割合測定装置の記憶部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the memory | storage part of the effective delayed neutron ratio measuring apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係る実効遅発中性子割合測定方法の全体の手順を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the whole procedure of the effective delayed neutron ratio measuring method which concerns on embodiment. 実施形態に係る実効遅発中性子割合測定方法のうち試験ステップの詳細手順を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the detailed procedure of a test step among the effective delayed neutron ratio measuring methods which concern on embodiment. 実施形態に係る実効遅発中性子割合測定方法のうちの反応度等計算ステップの詳細手順を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the detailed procedure of the calculation steps of reactivity etc. in the effective delayed neutron ratio measuring method which concerns on embodiment. 実施形態に係る実効遅発中性子割合測定方法のうちの補正等計算ステップの詳細手順を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the detailed procedure of calculation steps, such as correction | amendment, in the effective delayed neutron ratio measuring method which concerns on embodiment. 実施形態に係る実効遅発中性子割合測定方法のうちの臨界水位等計算ステップの詳細手順および最終値算出ステップを示すフロー図である。It is a flowchart which shows the detailed procedure and the final value calculation step of a critical water level etc. calculation step among the effective delayed neutron ratio measuring methods which concern on embodiment.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る実効遅発中性子割合測定方法および実効遅発中性子割合測定装置について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。   Hereinafter, an effective delayed neutron ratio measuring method and an effective delayed neutron ratio measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、実施形態に係る実効遅発中性子割合測定装置の対象とする臨界実験装置の構成を示す立断面図である。本実施形態は、実効遅発中性子割合測定方法および実効遅発中性子割合測定装置10(図4)を臨界実験装置200に適用した場合を示している。   FIG. 1 is an elevational sectional view showing a configuration of a critical experiment apparatus as a target of an effective delayed neutron ratio measuring apparatus according to an embodiment. The present embodiment shows a case where the effective delayed neutron ratio measuring method and the effective delayed neutron ratio measuring apparatus 10 (FIG. 4) are applied to the critical experiment apparatus 200.

臨界実験装置200は、発電を目的とした商業炉、特に軽水炉の研究開発を目的とした装置である。本実施形態で説明する臨界実験装置200は、炉心タンク201内に配置された燃料棒210、炉心の反応度を制御する制御棒220および反応の結果生ずる中性子を検出する中性子検出器230を有する。炉心タンク201は、上部が開放された容器であり、炉心205および減速材である軽水(HO)を収納可能である。炉心タンク201内の液位を測定する水位発信器240が設けられている。燃料棒210は、下端で燃料支持板202に自重を支持されている。また、燃料棒210は、上部を上部格子板203により、また、下部を下部格子板204で支持されている。中性子検出器230および水位発信器240の出力は、入力装置150に入力される。 The critical experiment apparatus 200 is an apparatus for the purpose of research and development of a commercial furnace for power generation, particularly a light water reactor. The critical experiment apparatus 200 described in this embodiment includes a fuel rod 210 disposed in a core tank 201, a control rod 220 for controlling the reactivity of the core, and a neutron detector 230 for detecting neutrons generated as a result of the reaction. The core tank 201 is a container having an open top, and can store the core 205 and light water (H 2 O) as a moderator. A water level transmitter 240 for measuring the liquid level in the core tank 201 is provided. The fuel rod 210 has its own weight supported by the fuel support plate 202 at the lower end. The fuel rod 210 is supported at the upper part by the upper lattice plate 203 and at the lower part by the lower lattice plate 204. The outputs of the neutron detector 230 and the water level transmitter 240 are input to the input device 150.

臨界実験装置200は、炉心タンク201に軽水を満たして炉心タンク201の軽水の水位を運転手順で決められた一定の高さにした後、炉心205の微小な反応度を制御するために炉心205に挿入している制御棒220を炉心205から少し引抜くことで炉心205を臨界にする制御棒調整型による方式である。なお、ここで、制御棒220は、微調整棒や粗調整棒を有する炉心の場合は、通常、反応度を制御する制御棒を指している。   The criticality experiment apparatus 200 fills the core tank 201 with light water, sets the light water level in the core tank 201 to a certain level determined by the operation procedure, and then controls the core 205 to control the minute reactivity of the core 205. This is a control rod adjustment type that makes the core 205 critical by slightly pulling out the control rod 220 inserted into the core 205. Here, in the case of a core having a fine adjustment rod or a coarse adjustment rod, the control rod 220 usually indicates a control rod for controlling the reactivity.

図2は、実施形態に係る実効遅発中性子割合測定装置の対象とする臨界実験装置の炉心205を示す平面図である。臨界実験装置200の炉心に使用される核物質は、通常の商業用軽水炉の燃料集合体の燃料に類似した形状、すなわち燃料棒と呼ばれる形状のものである。燃料棒210は、互いに一定の間隔で、19×19の正方格子状に配列されている、19×19体系の炉心205である。ここで、燃料棒210の濃縮度は1種類とする。   FIG. 2 is a plan view showing the core 205 of the critical experiment apparatus which is a target of the effective delayed neutron ratio measuring apparatus according to the embodiment. The nuclear material used in the core of the critical experiment apparatus 200 has a shape similar to that of a fuel in a normal commercial light water reactor fuel assembly, that is, a shape called a fuel rod. The fuel rods 210 are 19 × 19 cores 205 arranged in a 19 × 19 square lattice at regular intervals. Here, the enrichment of the fuel rod 210 is one kind.

炉心205は、直方体形状で、水平断面が正方形の形状であって、鉛直方向に延びている。この場合、縦横の長さを十分にして水平断面が小さすぎないような炉心形状とする。たとえば、水平断面の正方形の一辺の長さは40cm以上となるようにする。また、燃料棒210の有効長から求めた実効的な臨界水位が90cmを越えるようにする。ここで、臨界水位とは、炉心205が臨界を達成したときの炉心タンク201内の水位である。   The core 205 has a rectangular parallelepiped shape, a horizontal cross section having a square shape, and extends in the vertical direction. In this case, the reactor core is shaped so that the horizontal and vertical lengths are not too small with sufficient vertical and horizontal lengths. For example, the length of one side of the square in the horizontal section is set to 40 cm or more. Further, the effective critical water level obtained from the effective length of the fuel rod 210 is set to exceed 90 cm. Here, the critical water level is the water level in the core tank 201 when the core 205 achieves criticality.

また、一辺に並べる燃料棒210の本数は奇数が望ましい。奇数とする目的は水平断面において炉心205の中心に位置する燃料棒210が存在するようにするためである。   Further, the number of fuel rods 210 arranged on one side is desirably an odd number. The purpose of the odd number is to allow the fuel rod 210 located at the center of the core 205 in the horizontal section to exist.

炉心タンク201への装荷すなわち炉心205の形成、炉心タンク201からの取り出しが容易である。燃料棒210から放出されるγ線を測定して、燃料棒210のそれぞれの空間位置のγ線の放出割合から核分裂反応の割合を測定することができる。   It is easy to load the core tank 201, that is, to form the core 205 and to remove it from the core tank 201. By measuring the gamma rays emitted from the fuel rods 210, the ratio of the fission reaction can be measured from the emission ratios of the gamma rays at the respective spatial positions of the fuel rods 210.

図3は、実施形態に係る実効遅発中性子割合測定装置の対象とする臨界実験装置の炉心の他の例を示す平面図である。この場合は、燃料棒210が28×28の正方格子状に配列されている例であり、28×28体系炉心である。   FIG. 3 is a plan view showing another example of the core of the critical experiment apparatus which is the target of the effective delayed neutron ratio measurement apparatus according to the embodiment. In this case, the fuel rods 210 are arranged in a 28 × 28 square lattice, which is a 28 × 28 core.

図2および図3に示したように構成する炉心体系は直方体形状が望ましい。後述するように、実施形態では炉心体系の軸方向と横方向の洩れの割合の比を正確に得ることが必要であり、炉心体系が直方体形状の場合が好ましいためである。なお、炉心体系が直方体形状の場合には限定されない。たとえば円柱体系の場合であっても、適切な測定や計算によって軸方向と横方向の洩れの割合の比を正確に得ることができれば本実施形態は適用可能である。また使用する燃料棒210はUO燃料棒が一般的ではあるが、Pu(プルトニウム)を含んだ燃料棒であってもよい。 The core system configured as shown in FIGS. 2 and 3 preferably has a rectangular parallelepiped shape. As will be described later, in the embodiment, it is necessary to accurately obtain the ratio of the leakage ratio between the axial direction and the lateral direction of the core system, and it is preferable that the core system has a rectangular parallelepiped shape. The core system is not limited to a rectangular parallelepiped shape. For example, even in the case of a cylindrical system, the present embodiment can be applied if the ratio of the leakage ratio in the axial direction and the lateral direction can be accurately obtained by appropriate measurement and calculation. The fuel rod 210 to be used is generally a UO 2 fuel rod, but may be a fuel rod containing Pu (plutonium).

図4は、実施形態に係る実効遅発中性子割合測定装置の構成を示すブロック図である。
この実効遅発中性子割合測定装置10は、計算機上に構築することができる。実効遅発中性子割合測定装置10は、中央演算処理装置(CPU)100、記憶部130、入力装置150および出力装置160を備える。CPU100は、演算部110および制御部140を有し、制御部140はその一部として入力制御部141および出力制御部142を有する。これらの各構成要素は、バス101を介して接続されている。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the effective delayed neutron ratio measuring apparatus according to the embodiment.
The effective delayed neutron ratio measuring apparatus 10 can be constructed on a computer. The effective delayed neutron ratio measuring apparatus 10 includes a central processing unit (CPU) 100, a storage unit 130, an input device 150, and an output device 160. The CPU 100 includes a calculation unit 110 and a control unit 140, and the control unit 140 includes an input control unit 141 and an output control unit 142 as a part thereof. Each of these components is connected via the bus 101.

入力制御部141には、キーボードやマウスなどの入力装置150が接続されている。出力制御部142には、プリンタ、液晶ディスプレイなど出力、表示を行う出力装置160が接続されている。実効遅発中性子割合測定装置10への演算開始の指示などCPU100への入力は、入力装置150を介して行われる。途中の計算に必要な入力値、推定された誤差(不確かさ)や、実効遅発中性子割合測定装置10が算出した結果などの必要な情報は、出力装置160に表示される。   An input device 150 such as a keyboard or a mouse is connected to the input control unit 141. An output device 160 that performs output and display, such as a printer or a liquid crystal display, is connected to the output control unit 142. Input to the CPU 100 such as an instruction to start calculation to the effective delayed neutron ratio measuring apparatus 10 is performed via the input apparatus 150. Necessary information such as input values necessary for midway calculation, estimated error (uncertainty), and results calculated by the effective delayed neutron ratio measuring apparatus 10 are displayed on the output device 160.

図5は、実施形態に係る実効遅発中性子割合測定装置の演算部の構成を表すブロック図である。CPU100の演算部110は、実験体系実効遅発中性子割合暫定値演算部111、実験体系物理量演算部112、実験体系軸方向外挿距離演算部113、代表燃料棒セル無限増倍率演算部114、計算値・測定値相対誤差演算部115、実験体系感度係数ベクトル演算部116、代表燃料棒セル感度係数ベクトル演算部117、共分散誤差行列演算部118、代表燃料棒セル無限増倍率補正値演算部119、代表燃料棒セル移動面積演算部120、実験体系実効遅発中性子割合演算部121を有する。   FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a calculation unit of the effective delayed neutron ratio measuring apparatus according to the embodiment. The calculation unit 110 of the CPU 100 includes an experimental system effective delayed neutron ratio provisional value calculation unit 111, an experimental system physical quantity calculation unit 112, an experimental system axial extrapolation distance calculation unit 113, a representative fuel rod cell infinite multiplication factor calculation unit 114, a calculation Value / measurement value relative error calculation unit 115, experimental system sensitivity coefficient vector calculation unit 116, representative fuel rod cell sensitivity coefficient vector calculation unit 117, covariance error matrix calculation unit 118, representative fuel rod cell infinite multiplication factor correction value calculation unit 119 , A representative fuel rod cell moving area calculating unit 120 and an experimental system effective delayed neutron ratio calculating unit 121.

実験体系実効遅発中性子割合暫定値演算部111は、実効遅発中性子割合βeffの暫定値を算出する。 The experimental system effective delayed neutron ratio provisional value calculator 111 calculates a provisional value of the effective delayed neutron ratio β eff .

実験体系物理量演算部112は、軸方向および横方向の中性子の流れを計算し、横方向の漏れの軸方向の漏れに対する比aを算出する。また、実験結果に基づいて増倍時間tを算出する。さらに、実験体系物理量演算部112は、増倍時間tおよび実験体系実効遅発中性子割合暫定値演算部111で算出した実効遅発中性子割合βeffの暫定値を用いて、臨界実験装置200に加わった反応度ρを算出する。また、実験体系物理量演算部112は、実験条件データに基づいて、制御棒220を全引き抜きしたときにちょうど臨界になる水位zcの算出、および試験時の水位における制御棒220の全引き抜き状態での中性子実効増倍率keffの算出を行う。 The experimental system physical quantity calculation unit 112 calculates the neutron flow in the axial direction and the lateral direction, and calculates the ratio a of the lateral leakage to the axial leakage. Further, the multiplication time t is calculated based on the experimental result. Further, the experimental system physical quantity calculation unit 112 uses the provisional value of the effective delay neutron ratio β eff calculated by the multiplication time t and the experimental system effective delayed neutron ratio provisional value calculation unit 111 to participate in the critical experiment apparatus 200. The reactivity ρ is calculated. Further, the experimental system physical quantity calculation unit 112 calculates the water level zc that is just critical when all the control rods 220 are extracted based on the experimental condition data, and the control rods 220 are fully extracted at the water level during the test. The neutron effective multiplication factor k eff is calculated.

実験体系軸方向外挿距離演算部113は、実験で得られた軸方向出力分布データに基づき軸方向の外挿距離δを含めて軸方向出力分布f(x)を算出する。   The experimental system axial extrapolation distance calculator 113 calculates the axial output distribution f (x) including the extrapolation distance δ in the axial direction based on the axial output distribution data obtained in the experiment.

代表燃料棒セル無限増倍率演算部114は、実験条件データを用いて炉心205の体系を代表する燃料棒210のセルの無限増倍率kを算出し、また、入力装置150から出力された選定された計算手法および計算コードを用いて、炉心205の体系の中性子実効増倍率keff を算出する。 The representative fuel rod cell infinite multiplication factor calculation unit 114 calculates the infinite multiplication factor k of the fuel rod 210 cell representing the system of the core 205 using the experimental condition data, and the selection output from the input device 150. Using the calculated calculation method and calculation code, the neutron effective multiplication factor k eff C of the system of the core 205 is calculated.

計算値・測定値相対誤差演算部116は、実験体系物理量演算部112が評価した中性子実効増倍率の計算結果keff と実験結果keff とを比較し、差の絶対値に基づく相対誤差|keff −keff |/keff を算出し、さらに、この相対誤差|keff −keff |/keff が規定値以下であるか否かを判定する。 The calculated value / measured value relative error calculation unit 116 compares the calculation result k eff C of the neutron effective multiplication factor evaluated by the experimental system physical quantity calculation unit 112 with the experimental result k eff E , and compares the relative error based on the absolute value of the difference. | K eff C −k eff E | / k eff E is calculated, and further, it is determined whether or not the relative error | k eff C −k eff E | / k eff E is equal to or less than a specified value.

実験体系感度係数ベクトル演算部116は、適切な計算手法、核データライブラリ、計算コードで、実験体系での実効増倍率keffの感度係数ベクトルSを算出する。代表燃料棒セル感度係数ベクトル演算部117は、炉心を代表する燃料棒セルの無限増倍率kの感度係数ベクトルSを算出する。また、共分散誤差行列演算部118は、核データライブラリの共分散誤差行列Wを演算する。 The experimental system sensitivity coefficient vector calculation unit 116 calculates the sensitivity coefficient vector S E of the effective multiplication factor k eff in the experimental system using an appropriate calculation method, nuclear data library, and calculation code. Representative fuel rod cell sensitivity coefficient vector calculating unit 117 calculates the sensitivity coefficient vector S R of infinite multiplication factor k of the fuel rod cells representing the core. The covariance error matrix calculation unit 118 calculates a covariance error matrix W of the nuclear data library.

代表燃料棒セル無限増倍率補正値演算部119は、実験体系物理量演算部112が評価した計算値keff に含まれる相対誤差Eの算出、実験体系感度係数ベクトル演算部116で算出された感度係数ベクトルSと代表燃料棒セル感度係数ベクトル演算部117で算出された感度係数ベクトルSと、共分散誤差行列演算部118で算出された共分散誤差行列Wとを用いて、修正因子CFの算出を行う。また、代表燃料棒セル無限増倍率補正値演算部119は、相対誤差Eおよび修正因子CFを用いて、入力パラメータに起因する相対誤差ERを算出し、この入力パラメータに起因する相対誤差ERを用いて中性子無限増倍率kの補正を行う。 Representative fuel rod cell infinite multiplication factor correction value calculating unit 119 calculates the relative error E P experimental system physical quantity calculation unit 112 is included in the calculated values k eff C were evaluated, calculated in the experimental system sensitivity coefficient vector calculation part 116 with a sensitivity coefficient vector S E representative fuel rod cell sensitivity coefficient sensitivity calculated by the vector calculating unit 117 coefficient vector S R, and a covariance error matrix W calculated in the covariance error matrix calculation unit 118, modifiers CF is calculated. The representative fuel rod cell infinite multiplication factor correction value calculating unit 119 uses the relative error E P and modifiers CF, to calculate the relative error ER P due to the input parameters, the relative error ER caused by the input parameter Using P , the neutron infinite multiplication factor k∞ is corrected.

代表燃料棒セル移動面積演算部120は、実験体系物理量演算部112で算出された横方向の漏れの軸方向の漏れに対する比a、反応度ρ、水位zc、中性子実効増倍率keff等と、実験体系実効遅発中性子割合暫定値演算部111で算出された実効遅発中性子割合βeffの暫定値と用いて、移動面積M および第2の移動面積M を算出し、この移動面積M と移動面積M とを合成した移動面積Mの算出を行う。 The representative fuel rod cell moving area calculation unit 120 includes a ratio of lateral leakage to axial leakage calculated by the experimental system physical quantity calculation unit 112, reactivity ρ, water level zc, neutron effective multiplication factor k eff, and the like. using the provisional value of the effective delayed neutron fraction beta eff calculated in experimental systems effective delayed neutron fraction provisional value calculating unit 111 calculates the transfer area M 1 2 and the second moving area M 2 2, this movement to calculate the movement area M 2 obtained by combining the area M 1 2 and transfer area M 2 2.

実験体系実効遅発中性子割合演算部121は、代表燃料棒セル移動面積演算部120で算出された移動面積M、代表燃料棒セル無限増倍率補正値演算部119で算出された補正後の中性子無限増倍率kおよび中性子実効増倍率keff等を用いて、実効遅発中性子割合βeffの最終値を算出する。 The experimental system effective delayed neutron ratio calculating unit 121 includes a moving area M 2 calculated by the representative fuel rod cell moving area calculating unit 120 and a corrected neutron calculated by the representative fuel rod cell infinite multiplication factor correction value calculating unit 119. The final value of the effective delayed neutron ratio β eff is calculated using the infinite multiplication factor k and the neutron effective multiplication factor k eff .

図6は、実施形態に係る実効遅発中性子割合測定装置の記憶部の構成を表すブロック図である。記憶部130は、実験体系測定値記憶部131、実験体系実効遅発中性子割合暫定値記憶部132、実験体系物理量記憶部133、実験体系軸方向外挿距離記憶部134、代表燃料棒セル演算値記憶部135、計算値・測定値相対誤差記憶部136、実験体系感度係数ベクトル記憶部137、代表燃料棒セル感度係数ベクトル記憶部138、共分散誤差行列記憶部139を有する。   FIG. 6 is a block diagram illustrating the configuration of the storage unit of the effective delayed neutron ratio measuring apparatus according to the embodiment. The storage unit 130 includes an experimental system measurement value storage unit 131, an experimental system effective delayed neutron ratio provisional value storage unit 132, an experimental system physical quantity storage unit 133, an experimental system axial extrapolation distance storage unit 134, and a representative fuel rod cell calculation value. A storage unit 135, a calculated value / measured value relative error storage unit 136, an experimental system sensitivity coefficient vector storage unit 137, a representative fuel rod cell sensitivity coefficient vector storage unit 138, and a covariance error matrix storage unit 139 are provided.

実験体系測定値記憶部131は、入力装置150で受け入れた実験データを格納する。実験体系実効遅発中性子割合暫定値記憶部132は、実験体系実効遅発中性子割合暫定値演算部111で算出された実効遅発中性子割合βeffの暫定値を記憶する。 The experimental system measurement value storage unit 131 stores experimental data received by the input device 150. The experimental system effective delayed neutron ratio provisional value storage unit 132 stores a provisional value of the effective delayed neutron ratio β eff calculated by the experimental system effective delayed neutron ratio provisional value calculation unit 111.

実験体系物理量記憶部133は、実験体系物理量演算部112で算出された横方向の漏れの軸方向の漏れに対する比a、反応度ρ、水位zc、中性子実効増倍率keff等の算出結果を記憶する。 The experimental system physical quantity storage unit 133 stores calculation results such as the ratio of lateral leakage to the axial leakage calculated by the experimental system physical quantity calculation unit 112, reactivity ρ, water level zc, and effective neutron multiplication factor k eff. To do.

実験体系軸方向外挿距離記憶部134は、実験体系軸方向外挿距離演算部113で算出した軸方向外挿距離を含む出力分布を記憶する。代表燃料棒セル演算値記憶部135は、代表燃料棒セル無限増倍率演算部114で算出された炉心体系を代表する燃料棒セルの無限増倍率kを記憶する。計算値・測定値相対誤差記憶部136は、計算値・測定値相対誤差演算部115で算出された絶対値|keff −keff |/keff を記憶する。 The experimental system axial extrapolation distance storage unit 134 stores an output distribution including the axial extrapolation distance calculated by the experimental system axial extrapolation distance calculation unit 113. The representative fuel rod cell calculation value storage unit 135 stores the infinite multiplication factor k of the fuel rod cell representing the core system calculated by the representative fuel rod cell infinite multiplication factor calculation unit 114. The calculated value / measured value relative error storage unit 136 stores the absolute value | k eff C −k eff E | / k eff E calculated by the calculated value / measured value relative error calculation unit 115.

実験体系感度係数ベクトル記憶部137は、実験体系感度係数ベクトル演算部116で算出された実験体系での実効増倍率keffの感度係数ベクトルSを記憶する。代表燃料棒セル感度係数ベクトル記憶部138は、代表燃料棒セル感度係数ベクトル演算部117で算出された炉心を代表する燃料棒セルの無限増倍率kの感度係数ベクトルSを記憶する。共分散誤差行列記憶部139は、共分散誤差行列演算部118で算出された共分散誤差行列Wを記憶する。 The experimental system sensitivity coefficient vector storage unit 137 stores the sensitivity coefficient vector S E of the effective multiplication factor k eff in the experimental system calculated by the experimental system sensitivity coefficient vector calculation unit 116. Representative fuel rod cell sensitivity coefficient vector storage unit 138 stores the sensitivity coefficient vector S R of infinite multiplication factor k of the fuel rod cells representative of core calculated by the representative fuel rod cell sensitivity coefficient vector calculation part 117. The covariance error matrix storage unit 139 stores the covariance error matrix W calculated by the covariance error matrix calculation unit 118.

図7は、実施形態に係る実効遅発中性子割合測定方法の手順を示すフロー図である。まず、臨界状態からの制御棒引き抜き試験を実施する(ステップS100)。制御棒引き抜き試験において増倍時間を測定し、試験後に燃料棒210の試験時の軸方向出力分布すなわち核分裂率分布を測定する。   FIG. 7 is a flowchart showing a procedure of an effective delayed neutron ratio measuring method according to the embodiment. First, a control rod pull-out test from the critical state is performed (step S100). The multiplication time is measured in the control rod pull-out test, and the axial power distribution, that is, the fission rate distribution during the test of the fuel rod 210 is measured after the test.

次に、反応度ρおよび軸方向外挿距離δの算出を行う(ステップS200)。次に、無限増倍率kの算出および補正を行う(ステップS300)。次に、制御棒全引き抜き時の臨界水位zcの算出を行う(ステップS400)。次に、実効遅発中性子割合βeffの最終値を算出する(ステップS500)。 Next, the reactivity ρ and the axial extrapolation distance δ are calculated (step S200). Next, the infinite multiplication factor k∞ is calculated and corrected (step S300). Next, the critical water level zc when the control rod is completely pulled out is calculated (step S400). Next, the final value of the effective delayed neutron ratio β eff is calculated (step S500).

図8は、実施形態に係る実効遅発中性子割合測定方法のうち試験ステップの詳細手順を示すフロー図である。以下、ステップS100で示す試験ステップの手順について説明する。   FIG. 8 is a flowchart showing a detailed procedure of a test step in the effective delayed neutron ratio measuring method according to the embodiment. Hereinafter, the procedure of the test step shown in step S100 will be described.

まず、臨界実験装置200において、炉心タンク201内に燃料棒210および制御棒220を設置し、また中性子検出器230を取り付け、目的とする炉心205を構成する(ステップS101)。   First, in the critical experiment apparatus 200, the fuel rod 210 and the control rod 220 are installed in the core tank 201, and the neutron detector 230 is attached to configure the target core 205 (step S101).

次に、炉心タンク201内を所定の高さまで軽水で満たす(ステップS102)。なお、この際、制御棒220は、炉心205に挿入された状態とする。炉心タンク201内に軽水を注入していくと、軽水の水位に対応して実効中性子増倍率keffが増大していく。炉心タンク201内を満たす軽水の所定の高さは、臨界に到達しない状態、すなわち未臨界状態を維持した高さであり、臨界に到達する高さよりは低い水位とする。 Next, the core tank 201 is filled with light water to a predetermined height (step S102). At this time, the control rod 220 is inserted into the core 205. When light water is injected into the core tank 201, the effective neutron multiplication factor k eff increases corresponding to the light water level. The predetermined height of the light water that fills the core tank 201 is a state that does not reach the criticality, that is, a height that maintains the subcritical state, and is a water level lower than the height that reaches the criticality.

ステップS102の後に、制御棒220の炉心205への挿入長さを調節して、炉心205を臨界状態とする(ステップS103)。制御棒220が炉心205内から引き抜かれると1.0未満の中性子増倍率keffが増加する。さらに制御棒220が引き抜かれることにより、中性子増倍率keffが1.0すなわち臨界状態となり、炉心205内の中性子数は一定に維持される。この臨界状態が得られた炉心タンク201の水位をzとする。この水位は、予め決められている一定の水位である。なお、ここで臨界水位と記載するものは、臨界水位を燃料棒の燃料ペレットの下端位置を原点(ゼロ)として換算した測定水位の意味で、実効臨界水位と呼ばれる値である。また炉心205が臨界に到達した場合、制御棒220の一部が炉心205に挿入された状態になっている。 After step S102, the insertion length of the control rod 220 into the core 205 is adjusted to bring the core 205 into a critical state (step S103). When the control rod 220 is pulled out from the core 205, the neutron multiplication factor k eff of less than 1.0 increases. Further, by pulling out the control rod 220, the neutron multiplication factor k eff becomes 1.0, that is, a critical state, and the number of neutrons in the core 205 is kept constant. Let z be the water level of the core tank 201 from which this critical state was obtained. This water level is a predetermined water level determined in advance. Here, what is described as a critical water level is a value called an effective critical water level, which means a measured water level in which the critical water level is converted with the lower end position of the fuel pellet of the fuel rod as the origin (zero). When the core 205 reaches the criticality, a part of the control rod 220 is inserted into the core 205.

ステップS103により臨界状態に到達した後に、臨界状態における炉心タンク201内の軽水の水位zは、水位発信器240から出力され入力装置150に入力される(ステップS104)。   After reaching the critical state in step S103, the light water level z in the core tank 201 in the critical state is output from the water level transmitter 240 and input to the input device 150 (step S104).

ステップS104の後に、制御棒220をさらに全引き抜き状態とする、すなわち、制御棒220を炉心205から完全に引き抜く(ステップS105)。臨界状態から制御棒220をさらに引き抜くことによって、核分裂反応が増加し、中性子増倍率keffが1.0を超え、炉心205内の中性子数は増大し、中性子検出器230からの信号が上昇する。中性子検出器230からの信号は、入力装置150に入力され、実験体系測定値記憶部131に格納、記憶される。なお、水位信号等の測定値も同様である。 After step S104, the control rod 220 is further fully pulled out, that is, the control rod 220 is completely extracted from the core 205 (step S105). By further pulling out the control rod 220 from the critical state, the fission reaction increases, the neutron multiplication factor k eff exceeds 1.0, the number of neutrons in the core 205 increases, and the signal from the neutron detector 230 increases. . A signal from the neutron detector 230 is input to the input device 150 and stored and stored in the experimental system measurement value storage unit 131. The same applies to measured values such as water level signals.

引抜き幅が十分に大きいと単位期間あたりの核分裂反応の上昇幅が非常に大きくなり危険である。よって、引抜き幅が十分小さくなるようにする。すなわち、炉心が臨界を達成した場合に炉心205に挿入されている制御棒220の長さが十分に短いように、十分な予備計算やあるいは実験上の経験や確認に基づいて、制御棒220の引抜き時の増倍時間が60秒〜100秒程度になるように調節する。   If the extraction width is sufficiently large, the increase in the fission reaction per unit period becomes very large, which is dangerous. Therefore, the drawing width is made sufficiently small. That is, based on sufficient preliminary calculation or experimental experience and confirmation so that the length of the control rod 220 inserted into the core 205 is sufficiently short when the core reaches the criticality, Adjust so that the multiplication time at the time of drawing is about 60 to 100 seconds.

ステップS105の状態で、実験体系物理量演算部112は、実験体系測定値記憶部131に格納されている中性子検出器230の信号から増倍時間tを算出する。実験体系物理量演算部112が算出した増倍時間tは実験体系物理量記憶部133に格納、記憶される(ステップS106)。臨界条件を超えた状態では、炉心205内の中性子数は指数関数的に増大する。したがって、中性子検出器230の出力が2倍となる時間すなわち増倍時間(Doubling time)は一定である。   In the state of step S <b> 105, the experimental system physical quantity calculation unit 112 calculates the multiplication time t from the signal of the neutron detector 230 stored in the experimental system measurement value storage unit 131. The multiplication time t calculated by the experimental system physical quantity computing unit 112 is stored and stored in the experimental system physical quantity storage unit 133 (step S106). In the state exceeding the critical condition, the number of neutrons in the core 205 increases exponentially. Therefore, the time when the output of the neutron detector 230 is doubled, that is, the doubling time is constant.

増倍時間の測定では仮に増倍時間が60秒であった場合、1回のみの測定では測定値の平均も得られず測定精度上、問題があるため2〜3回は測定する。よって増倍時間の測定時間自体は増倍時間の3倍から4倍程度になる。   In the measurement of the multiplication time, if the multiplication time is 60 seconds, the average of measured values cannot be obtained by only one measurement, and there is a problem in measurement accuracy. Therefore, the measurement time of the multiplication time itself is about 3 to 4 times the multiplication time.

なお、臨界実験装置200の中には実験体系に加えられた反応度を時間毎に数値として表示できる反応度計(Reactivity meter)を所有している装置もある。この場合は、増倍時間から後述する逆時間方程式により反応度を求める代わりに、直接、反応度を測定することができる。この場合は、反応度計からの出力が、入力装置150に入力される。   Note that some of the critical experiment apparatuses 200 have a reactivity meter that can display the degree of reactivity added to the experimental system as a numerical value every time. In this case, instead of obtaining the reactivity from the multiplication time by the inverse time equation described later, the reactivity can be measured directly. In this case, the output from the reactivity meter is input to the input device 150.

反応度計では主に逆動特性法(IK法:Inverse kinetics)と称される手法が用いられている。この手法の基礎となっている方程式は1点炉動特性方程式であり、中性子検出器の出力信号を入力として反応度を評価する手法である。なお逆動特性法においても6群構造の実効遅発中性子割合の各群の割合が必要となるが、逆時間方程式と同様、簡便な手法で求めた値を使用すれば十分である。   In the reactivity meter, a technique called an inverse dynamic characteristic method (IK method: Inverse kinetics) is mainly used. The equation which is the basis of this method is a one-point reactor dynamic characteristic equation, which is a method for evaluating the reactivity with the output signal of the neutron detector as an input. In the reverse dynamic characteristics method, the ratio of each group of the effective delayed neutron ratio of the six-group structure is required, but it is sufficient to use a value obtained by a simple method as in the case of the inverse time equation.

なお増倍時間の測定が終了した時点で、制御棒220を引抜いたままの状態を長い時間保持すれば炉心205の出力が上昇するのみで危険である。したがって、増倍時間の測定が終了した時点で速やかに、制御棒220を炉心205に再度挿入して、炉心205を臨界以下とするか、あるいは炉心タンク201内の軽水を抜いて核分裂反応を完全に停止する。   When the measurement of the multiplication time is completed, if the state in which the control rod 220 is pulled out is held for a long time, it is dangerous because only the output of the core 205 increases. Therefore, as soon as the measurement of the multiplication time is completed, the control rod 220 is inserted again into the core 205 to bring the core 205 below the criticality, or the light water in the core tank 201 is drained to complete the fission reaction. To stop.

また、本ステップS100において、構成した炉心体系の幾何学的情報、原子数密度、炉心タンク201内の軽水の水位zなど、臨界を達成していた状態での水位zと炉心205から引抜いた制御棒220の長さΔxなどの、以降の解析に必要な条件的データのうち、水位zのように自動入力されるもの以外は、外部から入力装置150に入力する(ステップS107)。入力装置150に入力された測定値やパラメータは、実験体系測定値記憶部131に記憶される。したがって、ステップS107の順序は、ステップS106の後に限定されず、ステップS103の後であればどのステップの後であってもよい。   Further, in this step S100, the control extracted from the water level z and the core 205 in the state in which the criticality has been achieved, such as the geometric information of the constructed core system, the atomic number density, the light water level z in the core tank 201, etc. Of the conditional data necessary for the subsequent analysis, such as the length Δx of the rod 220, those other than those automatically input such as the water level z are input from the outside to the input device 150 (step S107). The measurement values and parameters input to the input device 150 are stored in the experimental system measurement value storage unit 131. Therefore, the order of step S107 is not limited after step S106, and may be after any step as long as it is after step S103.

図9は、実施形態に係る実効遅発中性子割合測定方法のうちの反応度等計算ステップの詳細手順を示すフロー図である。以下、ステップS200で示す反応度等計算ステップの手順について説明する。   FIG. 9 is a flowchart showing a detailed procedure of a calculation step of reactivity and the like in the effective delayed neutron ratio measurement method according to the embodiment. Hereinafter, the procedure of the reactivity degree calculation step shown in step S200 will be described.

まず、実験体系実効遅発中性子割合暫定値演算部111は、炉心体系の実効遅発中性子割合βeffの暫定値を適切な計算コードによる信頼できる計算によって算出し、この結果を実験体系実効遅発中性子割合暫定値記憶部132が格納、記憶する(ステップS201)。235U、238Uが核分裂する際に、発生する中性子について2種類に区分することができる。核分裂とほぼ同時に発生する即発中性子、核分裂から秒の単位で遅れて発生する遅発中性子の2種類である。遅発中性子は核分裂して生じた核分裂生成物が核の内部に有しているエネルギーを放出して崩壊する際に、同時に放出する中性子である。ここで235U、238Uが核分裂する際に発生する全ての中性子の個数について、即発中性子の個数および6つのグループ(6群構造)に分けた核分裂生成物から生じる遅発中性子の個数を実験的に測定して表の形にしたものがある。その数表で最も良く知られ、これまで利用されてきた数値がKeepinの測定による数表である。 First, the experimental system effective delayed neutron ratio provisional value calculation unit 111 calculates the provisional value of the effective delayed neutron ratio β eff of the core system by a reliable calculation using an appropriate calculation code, and this result is calculated as the experimental system effective delayed neutron ratio. The neutron ratio provisional value storage unit 132 stores and stores (step S201). When 235 U and 238 U are fissioned, neutrons generated can be classified into two types. There are two types: prompt neutrons that occur almost simultaneously with fission, and delayed neutrons that are delayed by seconds from the fission. Delayed neutrons are neutrons that are emitted simultaneously when the fission product produced by fission decays by releasing the energy contained in the nucleus. Here, the number of prompt neutrons and the number of delayed neutrons generated from fission products divided into six groups (6-group structure) are experimentally determined for all neutrons generated when 235 U and 238 U undergo fission. There is a table in the form of measurements. The numerical table that is best known in the numerical table and has been used so far is the numerical table based on the measurement of Keepin.

逆時間方程式を介する水位差法も逆動特性法に基づいた反応度計の出力を用いるサンプル駆動法も、1点炉動特性方程式を基礎としている。通常、1点炉動特性方程式で扱われる遅発中性子の先行核は崩壊して中性子を放出する時定数の値に基づいて6つのグループに分けて扱われることが多く、今回の測定の処理でも遅発中性子のグループは6つとして扱っている。   Both the water level difference method via the inverse time equation and the sample drive method using the output of the reactivity meter based on the inverse dynamics method are based on the one-point reactor dynamics equation. Normally, the leading nuclei of delayed neutrons treated in the one-point reactor dynamics equation are often handled in six groups based on the value of the time constant that decays and emits neutrons. The delayed neutron group is treated as six.

この遅発中性子に関する数値は逆時間方程式にも反応度計にも必要となるがこの遅発中性子に関する数値(動特性パラメータ)は、臨界実験装置200において構成した炉心205の構成によって変化する。適切な予備計算によって炉心205の体系に整合する6群構造の遅発中性子の相対値を得る。この値を後述する逆時間方程式(Inhour equation)あるいは前述の反応度計(Reactivity meter)に使用する。   Although the numerical value related to the delayed neutron is required for both the inverse time equation and the reactivity meter, the numerical value related to the delayed neutron (dynamic characteristic parameter) varies depending on the configuration of the core 205 configured in the critical experiment apparatus 200. Relative values of delayed neutrons with a six-group structure matching the core 205 system are obtained by appropriate preliminary calculations. This value is used for the inverse time equation (Inhour equation) described later or the above-mentioned reactivity meter (Reactivity meter).

ここで、実効遅発中性子割合βeff(6群で扱う場合)を式(1)、実効遅発中性子割合の各群毎の割合aを式(2)、遅発中性子先行核の崩壊定数をλi(i=1,2,…,6)とする。 Here, the decay constant of the effective delayed (when dealing with 6 groups) neutron fraction beta eff Equation (1), wherein the ratio a i for each group of effective delayed neutron fraction (2), delayed neutron prior nuclei Is λi (i = 1, 2,..., 6).

Figure 2015094746
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Figure 2015094746
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本実施形態の目的は臨界実験の測定値として実効遅発中性子割合βeffを得ることであるので、計算で実効遅発中性子割合βeffを得ることは一見本末転倒である。しかしながら、ここではあくまで暫定値として利用し、最終的に得られる実効遅発中性子割合βeffの精度を向上させるために使用する。 Since the purpose of the present embodiment is to obtain the effective delayed neutron ratio β eff as the measurement value of the critical experiment, it is seemingly impossible to obtain the effective delayed neutron ratio β eff by calculation. However, it is used as a provisional value here, and is used to improve the accuracy of the effective delayed neutron ratio β eff finally obtained.

最終的に測定しようとする実効遅発中性子割合(βeff )を計算で求めるということで奇妙ではある。だがここで用いる実効遅発中性子割合(βeff )はできる限り正確な計算で求めることは望ましいが、仮に±10%程度の誤差を含んでいても構わない。あくまで以降の計算に利用するための暫定値である。 It is strange that the effective delayed neutron ratio (β eff C ) to be finally measured is calculated. However, it is desirable to calculate the effective delayed neutron ratio (β eff C ) used here as accurately as possible, but an error of about ± 10% may be included. This is a provisional value for use in subsequent calculations.

加えて実効遅発中性子割合(βeff )の値は概ね0.008(1$)程度で、増倍時間を介して得られる反応度(過剰反応度)が20¢(=0.20$)と仮定して、更に実効遅発中性子割合の計算値(βeff )に含まれる誤差を10%とした場合、誤差として推定される値は、0.008×0.20×0.10=0.00016(=16pcm)となって十分に小さい値である。これは、水位の調節によって炉心を臨界にする臨界実験装置200において水位の高さの不確かさから生ずる不確かさとほぼ同程度の値である。結局本手法の途中で計算によって求めた実効遅発中性子割合(βeff )を暫定値として利用することについては大きな問題にはならない。 In addition, the value of effective delayed neutron ratio (β eff C ) is about 0.008 (1 $), and the reactivity (excess reactivity) obtained through the multiplication time is 20 ¢ (= 0.20 $). Assuming that the error included in the calculated value of the effective delayed neutron ratio (β eff C ) is 10%, the value estimated as the error is 0.008 × 0.20 × 0.10 = 0.00016 (= 16 pcm), which is a sufficiently small value. This is almost the same value as the uncertainty resulting from the uncertainty of the water level in the critical experiment apparatus 200 that makes the core critical by adjusting the water level. After all, it is not a big problem to use the effective delayed neutron ratio (β eff C ) obtained by calculation during the method as a provisional value.

ステップS201の後に、実験体系物理量演算部112は、ステップS106で算出して実験体系物理量記憶部133に格納されている増倍時間tと、実験体系実効遅発中性子割合暫定値記憶部132に格納されている実効遅発中性子割合βeffの暫定値等を用いて、臨界実験装置200に加わった反応度ρを算出する。算出された反応度ρは実験体系物理量記憶部133に格納、記憶される(ステップS202)。ここで、逆時間方程式に測定した増倍時間を代入して加わった反応度ρは、ドル($)単位(実効遅発中性子割合を1$と評価した単位系)で求められる。さきに述べたように反応度計の値から求めても良い。何れにせよ反応度ρを高い精度で得ることが重要である。 After step S201, the experimental system physical quantity computing unit 112 stores the multiplication time t calculated in step S106 and stored in the experimental system physical quantity storage unit 133, and the experimental system effective delayed neutron ratio provisional value storage unit 132. The reactivity ρ applied to the critical experiment apparatus 200 is calculated using a provisional value or the like of the effective delayed neutron ratio β eff . The calculated reactivity ρ is stored and stored in the experimental system physical quantity storage unit 133 (step S202). Here, the reactivity ρ added by substituting the measured multiplication time into the inverse time equation is obtained in dollar ($) units (unit system in which the effective delayed neutron ratio is evaluated as 1 $). As described above, it may be obtained from the value of the reactivity meter. In any case, it is important to obtain the reactivity ρ with high accuracy.

使用する方程式は逆時間方程式と呼ばれるもので、この方程式は1点炉動特性方程式に基づいて式をLaplace変換することで得られる。ここで、実効遅発中性子割合として前述の広く知られているKeepinの値の235U、238U核種単独の値をそのまま逆時間方程式に代入して反応度(¢)を計算しても反応度(¢)そのものの値は殆ど変わらない。反応度計が出力した値の処理も同様である。なお反応度計で求めることができる反応度も$(ドル)単位である。 The equation used is called the inverse time equation, and this equation is obtained by Laplace transforming the equation based on the one-point reactor dynamics equation. Here, even if the reactivity (¢) is calculated by substituting the values of 235 U and 238 U nuclides alone, which are the above-mentioned widely known Kepin values, into the inverse time equation as the effective delayed neutron ratio. The value of (¢) itself is almost unchanged. The same applies to the processing of the values output by the reactivity meter. In addition, the reactivity which can be calculated | required with a reactivity meter is a $ (dollar) unit.

反応度($単位)は次の式(3)の逆時間方程式で計算できる。ここで、tは、中性子束(あるいは出力)の増倍時間である。   The reactivity (in units of $) can be calculated by the inverse time equation of the following equation (3). Here, t is the multiplication time of the neutron flux (or output).

Figure 2015094746
Figure 2015094746

ここで重要なことは逆時間方程式(ここでは通常利用されている6群形式の逆時間方程式を想定している)に使用する群ごとの数値は、第1に、崩壊定数(崩壊時間に関係する数値)は実験体系には殆ど依存せず、常に一定の値であり、第2に、遅発中性子割合に関する数値は群ごとの相対値(すなわち6つの数値の合計を1.00とする)であって、これも実験体系に対して変化する割合は小さい、という特徴があるためで簡便な評価で十分な精度の反応度($単位)を計算することができる。すなわち、反応度は$(ドル)単位の反応度があれば十分であって、実験体系の実効遅発中性子割合の値自体は必要ではない。   What is important here is that the numerical value for each group used in the inverse time equation (assuming the normally used 6-group inverse time equation) is the decay constant (related to the decay time). The numerical value) is almost independent of the experimental system and is always a constant value. Second, the numerical value related to the delayed neutron ratio is a relative value for each group (ie, the sum of the six numerical values is 1.00). And since this also has the feature that the rate of change with respect to the experimental system is small, it is possible to calculate the degree of reactivity (in units of $) with sufficient accuracy by simple evaluation. That is, the reactivity is sufficient if it has a reactivity of $ (dollar) unit, and the value of the effective delayed neutron ratio of the experimental system itself is not necessary.

反応度を計算するために、測定値として最終的に求めたい実効遅発中性子割合に関する値を予め用意して逆時間方程式のために利用しなければならないように見えるが、ここで使用する6群(グループ数を6組にした)遅発中性子の数値データは例えばKeepinが測定し提示した核分裂核種毎の基礎的データに基づいて計算すれば十分であり、コンピュータプログラム(計算コード)を用いた詳しい計算を特に必要とはしない。勿論、コンピュータプログラムを用いて計算した値を利用しても構わない。   In order to calculate the reactivity, it seems that a value related to the effective delayed neutron ratio to be finally obtained as a measured value must be prepared in advance and used for the inverse time equation. It is sufficient to calculate the numerical data of delayed neutrons (with 6 groups), for example, based on the basic data for each fission nuclide measured and presented by Keepin, and detailed using computer programs (calculation codes) No special calculation is required. Of course, a value calculated using a computer program may be used.

実効遅発中性子割合のデータ(式(2)参照)に広く知られているKeepinの値235U、238U核種単独の値をそのまま逆時間方程式に代入して反応度(¢)を計算しても反応度(¢)そのものの値はほとんど変わらない。例えば、前記の第2の相対値に関しては、仮に臨界実験体系において核分裂の割合を235Uの寄与が95%、238Uの寄与が5%と見積もることができれば、Keepinの測定値について235U、238Uの値をそれぞれ0.95、0.05の割合とした積和をとれば十分である。反応度計が出力した値の処理も同様である。 Calculate the reactivity (¢) by substituting the well-known value of 235 U and 238 U nuclides alone into the inverse time equation as is in the data of effective delayed neutron ratio (see equation (2)). However, the value of reactivity (¢) itself is almost unchanged. For example, regarding the second relative value, if it can be estimated that in the critical experimental system, the contribution of 235 U is 95% and the contribution of 238 U is 5%, the measured value of Keepin is 235 U, It is sufficient to take product sums with 238 U values of 0.95 and 0.05, respectively. The same applies to the processing of the values output by the reactivity meter.

ステップS202の後に、実験体系物理量演算部112は、制御棒220の全引き抜き状態での中性子実効増倍率keffを算出する。算出された中性子実効増倍率keffは実験体系物理量記憶部133に格納、記憶される(ステップS203)。臨界実験装置200に構成された炉心205の体系を臨界にしたのち、制御棒220を炉心205から微少量の長さ引抜いた場合、核分裂反応および炉心205の出力が増加し始める。中性子検出器230の信号をもとに増倍時間を測定し逆時間方程式を使用するか、あるいは図示しない反応度計を利用すれば、前述のように炉心205の体系に加えられた反応度ρ($単位)を求めることができる。よって増倍時間を測定して逆時間方程式を介して得られた反応度ρも、反応度計を用いて得られた反応度ρも$(ドル)単位である。 After step S202, the experimental system physical quantity calculation unit 112 calculates the effective neutron multiplication factor k eff when the control rod 220 is fully pulled out. The calculated effective neutron multiplication factor k eff is stored and stored in the experimental system physical quantity storage unit 133 (step S203). After making the system of the core 205 configured in the critical experiment apparatus 200 critical, when the control rod 220 is pulled out from the core 205 by a very small length, the fission reaction and the output of the core 205 start to increase. If the multiplication time is measured based on the signal from the neutron detector 230 and an inverse time equation is used, or if a reactivity meter (not shown) is used, the reactivity ρ added to the system of the core 205 as described above. ($ Units) can be obtained. Therefore, the reactivity ρ obtained through the inverse time equation by measuring the multiplication time and the reactivity ρ obtained using the reactivity meter are in units of $ (dollar).

制御棒220を引き抜いた状態で増倍時間から逆時間方程式を介して炉心に加わった反応度(ρ)の数値の単位はドル($)単位(実効遅発中性子割合を1$と評価した単位系)であるので、計算で求めた実効遅発中性子割合(βeff )を乗じ、その値を1.000に加えて中性子実効増倍率(keff )を得る。この値は計算で求めた中性子実効増倍率(keff )との相対差が重要で、その相対差を後に利用する。 The unit of the numerical value of the reactivity (ρ) added to the core from the multiplication time through the inverse time equation with the control rod 220 pulled out is a unit of dollar ($) (the effective delayed neutron ratio is evaluated as 1 $). Therefore, the effective delayed neutron ratio (β eff C ) obtained by calculation is multiplied and the value is added to 1.000 to obtain the effective neutron multiplication factor (k eff E ). The relative difference between this value and the calculated effective neutron multiplication factor (k eff C ) is important, and this relative difference will be used later.

なお制御棒220が炉心205に挿入され、炉心205が臨界になった臨界状態では、物理的に中性子実効増倍率(keff )が1.000である。この状態を計算すれば実効遅発中性子割合(βeff )を計算する必要はないようにみえるが、一方、炉心205に制御棒220を挿入した状態の計算を実施しなければならない。一般的に制御棒220を挿入した状態の計算を高精度で実施することは非常に難しい。制御棒220と中性子の反応を正確に評価する必要が生じるためである。よって制御棒220が炉心205に挿入されていない状態での計算が好ましい。 In the critical state where the control rod 220 is inserted into the core 205 and the core 205 becomes critical, the effective neutron multiplication factor (k eff E ) is physically 1.000. If this state is calculated, it seems that it is not necessary to calculate the effective delayed neutron ratio (β eff C ). On the other hand, the state where the control rod 220 is inserted into the core 205 must be calculated. In general, it is very difficult to calculate with the control rod 220 inserted with high accuracy. This is because it is necessary to accurately evaluate the reaction between the control rod 220 and the neutron. Therefore, calculation in a state where the control rod 220 is not inserted into the core 205 is preferable.

ステップS203の後に、実験体系軸方向外挿距離演算部113は、炉心体系の軸方向出力分布および軸方向の外挿距離δの評価を行う。実験体系軸方向外挿距離記憶部134はこの結果を格納、記憶する(ステップS204)。そのために、炉心205の中心の適切な位置の燃料棒210を抜き出す。炉心205が19×19型のような一辺が奇数本で構成された体系の場合は炉心205の中心に燃料棒210が位置するので、その燃料棒210を使用する。炉心205が28×28型のような一辺が偶数本で構成されている体系の場合は、できる限り炉心205の中心に近い位置の燃料棒210を使用する。抜き出した燃料棒210の軸方向に関して図示しない積分γ線測定などを実施して、炉心205の軸方向出力分布を得る。測定結果は、入力装置150に入力され、実験体系測定値記憶部131に格納、記憶される。   After step S203, the experimental system axial extrapolation distance calculation unit 113 evaluates the axial power distribution of the reactor core system and the extrapolation distance δ in the axial direction. The experimental system axial direction extrapolation distance storage unit 134 stores and stores this result (step S204). For this purpose, the fuel rod 210 at an appropriate position in the center of the core 205 is extracted. When the core 205 is a 19 × 19 type system with an odd number of sides, the fuel rod 210 is located at the center of the core 205, so that fuel rod 210 is used. In the case of a system in which the core 205 is composed of an even number of sides such as a 28 × 28 type, the fuel rod 210 as close to the center of the core 205 as possible is used. An integral γ-ray measurement (not shown) is performed with respect to the axial direction of the extracted fuel rod 210 to obtain an axial power distribution of the core 205. The measurement result is input to the input device 150 and stored and stored in the experimental system measurement value storage unit 131.

実験体系軸方向外挿距離演算部113は、ここで得られた軸方向出力分布データを、適切な計算コードで余弦(cosine)曲線にフィッティングして、軸方向の外挿距離δを含めて次の式(4)により軸方向出力分布f(x)を算出する。ここで、Lは燃料棒の有効長(ペレットが充填されている軸方向の長さ)、δが外挿距離と呼ばれる値である。実験体系軸方向外挿距離記憶部134は、この出力分布を記憶する。   The experimental system axial extrapolation distance calculation unit 113 fits the obtained axial output distribution data to a cosine curve with an appropriate calculation code, and then includes the extrapolation distance δ in the axial direction. The axial output distribution f (x) is calculated by the equation (4). Here, L is an effective length of the fuel rod (length in the axial direction in which the pellet is filled), and δ is a value called an extrapolation distance. The experimental system axial direction extrapolation distance storage unit 134 stores this output distribution.

Figure 2015094746
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なお、測定が困難であった場合は、適切な計算コードを用いた計算によって、目的とする燃料棒210の軸方向核分裂率分布(出力分布)を求めても良い。この場合、計算精度を高めるために制御棒220が炉心205から引き抜かれた状態の計算を実施する。現在の原子炉計算コードで使用されている計算理論、計算値の品質から、均質性の高いこのような直方体体系の臨界実験においては、非常に高い精度でそれぞれを規格化した後の計算値と測定値は一致し得る。   When measurement is difficult, the axial fission rate distribution (output distribution) of the target fuel rod 210 may be obtained by calculation using an appropriate calculation code. In this case, in order to increase the calculation accuracy, calculation is performed in a state where the control rod 220 is pulled out from the core 205. Due to the calculation theory and the quality of the calculation values used in the current reactor calculation code, in the criticality experiment of such a rectangular parallelepiped system with high homogeneity, the calculated values after normalizing each with very high accuracy The measured values can coincide.

計算には拡散理論に基づくものでも使用は可能であるが、より高い品質の計算値を得るためには輸送計算コードを使用することが望ましい。決定論に基づく3次元輸送計算コードとしては例えばDANTSYSシステムがある。   Although calculation based on diffusion theory can be used, it is desirable to use a transport calculation code in order to obtain a higher quality calculation value. As a three-dimensional transport calculation code based on determinism, for example, there is a DANTSYS system.

また、連続エネルギー汎用モンテカルロコードを使用しても良い。モンテカルロコードは乱数を使用して積分型のBoltzmann輸送方程式を解く手法であるが、計算体系について幾何学的に非常に正確に取り扱えて、近似の精度が極めて高いので望ましいが、最終的な計算精度は計算に要した時間によって決まる。   Further, a continuous energy general-purpose Monte Carlo code may be used. The Monte Carlo code is a method that uses random numbers to solve the integral Boltzmann transport equation. However, it is desirable because it can handle the calculation system geometrically very accurately and has a very high approximation accuracy. Is determined by the time required for the calculation.

ここでは第一に、モンテカルロ計算ではなくて決定論に基づく多群エネルギー3次元輸送計算コードの使用を想定する。臨界実験(あるいは計算)で得られた軸方向核分裂率(出力)分布を規格化し、燃料棒の上端、あるいは下端に近い位置の測定値を除き、最も値の大きい位置を含む複数点数の測定値を、適切なコンピュータプログラム(あるいは市販のPCアプリケーション)によって、前述の式(4)の関数形でフィッティングされる。   Here, firstly, it is assumed that a multi-group energy three-dimensional transport calculation code based on determinism rather than Monte Carlo calculation is used. Normalize the axial fission rate (output) distribution obtained in the criticality experiment (or calculation), and measure the number of points including the position with the largest value, excluding the measurement value near the top or bottom of the fuel rod. Are fitted in the function form of Equation (4) above by an appropriate computer program (or a commercially available PC application).

なお一般的にこの外挿距離δは臨界実験装置200にかなり固有の値であって、臨界実験装置200に構成した個々の炉心体系に対する依存性が小さいことが経験的に分かっている。よって別の実験で得られた信頼できる外挿距離δの値が与えられていればその値を利用することも可能である。   In general, the extrapolation distance δ is a value inherent to the critical experiment apparatus 200, and it has been empirically found that the dependence on the individual core system constructed in the critical experiment apparatus 200 is small. Therefore, if a reliable value of extrapolation distance δ obtained in another experiment is given, that value can be used.

なお軸方向のバックリングBzは、次の式(5)で表される。 Note buckling Bz 2 in the axial direction is expressed by the following equation (5).

Figure 2015094746
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図10は、実施形態に係る実効遅発中性子割合測定方法のうちの補正等計算ステップの詳細手順を示すフロー図である。以下、ステップS300で示す補正等計算ステップの手順について説明する。   FIG. 10 is a flowchart showing a detailed procedure of a correction calculation step in the effective delayed neutron ratio measurement method according to the embodiment. Hereinafter, the procedure of the correction calculation step shown in step S300 will be described.

まず、計算手法、核データライブラリおよび計算コードを選定し、入力装置150に外部入力する(ステップS301)。入力装置150から代表燃料棒セル無限増倍率演算部114に選定結果が出力される。代表燃料棒セル無限増倍率演算部114は、この選定された計算手法および計算コードを用いて、炉心体系の中性子実効増倍率keff を算出する。算出された中性子実効増倍率keff は代表燃料棒セル演算値記憶部135に格納、記憶される(ステップS302)。 First, a calculation method, a nuclear data library, and a calculation code are selected and externally input to the input device 150 (step S301). The selection result is output from the input device 150 to the representative fuel rod cell infinite multiplication factor calculation unit 114. The representative fuel rod cell infinite multiplication factor calculation unit 114 calculates the effective neutron multiplication factor k eff C of the core system using the selected calculation method and calculation code. The calculated effective neutron multiplication factor k eff C is stored and stored in the representative fuel rod cell calculated value storage unit 135 (step S302).

ステップS302の後に、計算値・測定値相対誤差演算部115は、中性子実効増倍率の計算結果keff と実験結果keff を比較し、|keff −keff |/keff を算出する。計算値・測定値相対誤差演算部115は、さらに、この値|keff −keff |/keff が規定値以下であるか否かを判定する。計算値・測定値相対誤差記憶部136は、この値|keff −keff |/keff および判定結果を格納、記憶する。(ステップS303)。本来この計算結果keff は物理的には実験結果keff に等しくなるはずであるが、核データライブラリ、計算コードの計算手法に基づく誤差によってずれが生じる。この差の絶対値が大きく規定値以下にならない場合(ステップS303 NO)は、計算精度が保証できないので、その旨を、出力装置160が表示する。出力装置160による表示により、再度ステップS301に戻り、計算手法、核データライブラリ、計算コードを再度見直し、検討する。 After step S302, the calculated value / measured value relative error calculation unit 115 compares the calculation result k eff C of the neutron effective multiplication factor with the experimental result k eff E , and | k eff C −k eff E | / k eff E Is calculated. The calculated value / measured value relative error calculation unit 115 further determines whether or not the value | k eff C −k eff E | / k eff E is equal to or less than a specified value. The calculated value / measured value relative error storage unit 136 stores and stores the value | k eff C −k eff E | / k eff E and the determination result. (Step S303). Originally, the calculation result k eff C should be physically equal to the experimental result k eff E , but a deviation occurs due to an error based on the calculation method of the nuclear data library and calculation code. If the absolute value of this difference is large and does not fall below the specified value (NO in step S303), the calculation accuracy cannot be guaranteed, and the output device 160 displays that fact. The display by the output device 160 returns to step S301 again, and the calculation method, the nuclear data library, and the calculation code are reviewed again and examined.

差の絶対値が規定値以下で計算精度が十分と判断できた場合(ステップS303 YES)は、実験体系物理量演算部112は、この計算手法、核データライブラリ、計算コードで、軸方向および横方向の中性子の流れを計算し、横方向の漏れの軸方向の漏れに対する比aを算出する(ステップS304)。   When the absolute value of the difference is equal to or less than the specified value and it can be determined that the calculation accuracy is sufficient (YES in step S303), the experimental system physical quantity calculator 112 uses the calculation method, the nuclear data library, and the calculation code in the axial direction and the horizontal direction. Neutron flow is calculated, and a ratio a of lateral leakage to axial leakage is calculated (step S304).

ステップS304の後に、実験体系感度係数ベクトル演算部116が、適切な計算手法、核データライブラリ、計算コードで、実験体系での実効増倍率keffの感度係数ベクトルSを算出する。この実験体系での実効増倍率keffの感度係数ベクトルSを、実験体系感度係数ベクトル記憶部137が記憶する(ステップS305)。なお、計算手法、核データライブラリ、計算コードは、ステップS304で用いたものと必ずしも同じでなくてもよい。 After step S304, the experimental system sensitivity coefficient vector calculation unit 116 calculates the sensitivity coefficient vector S E of the effective multiplication factor k eff in the experimental system using an appropriate calculation method, nuclear data library, and calculation code. The experimental system sensitivity coefficient vector storage unit 137 stores the sensitivity coefficient vector S E of the effective multiplication factor k eff in this experimental system (step S305). Note that the calculation method, the nuclear data library, and the calculation code are not necessarily the same as those used in step S304.

ステップS305の後に、代表燃料棒セル無限増倍率補正値演算部119が、炉心体系を代表する燃料棒セルの無限増倍率kを算出し、算出された炉心体系を代表する燃料棒セルの無限増倍率kを代表燃料棒セル演算値記憶部135が記憶する(ステップS306)。無限増倍率kを測定によって求めることは非常に困難であり、ここでは計算値を臨界実験の測定値で補正して求める。後述する修正1群拡散方程式に適用される無限増倍率kは、臨界実験装置200に構成した燃料棒210に関して、燃料棒セルの中性子無限増倍率kと同じであると見做してよい。この燃料棒セルの無限増倍率kは測定によって求めることが困難であり、計算によって求める。 After step S305, the representative fuel rod cell infinite multiplication factor correction value calculation unit 119 calculates the infinite multiplication factor k of the fuel rod cell representative of the core system, and the infinite number of fuel rod cells representative of the calculated core system. multiplication factor k representative fuel rod cell calculation value storage unit 135 stores (step S306). It is very difficult to obtain the infinite multiplication factor k∞ by measurement. Here, the calculated value is obtained by correcting the calculated value with the measured value of the critical experiment. The infinite multiplication factor k applied to the modified group 1 diffusion equation described below may be considered to be the same as the neutron infinite multiplication factor k ∞ of the fuel rod cell for the fuel rod 210 configured in the critical experiment apparatus 200. . The infinite multiplication factor of the fuel rods the cell k it is difficult to determine by the measurement, obtained by calculation.

現在の原子力分野における計算技術を用いれば、この燃料棒セルの無限増倍率kを計算することは困難ではない。一方、計算に用いる核データライブラリには誤差や不確かさが含まれているので、計算手法が十分に正確でも、計算の入力パラメータである核データライブラリによって燃料棒セルの無限増倍率kの計算値に誤差が生じる恐れがある。 It is not difficult to calculate the infinite multiplication factor k of this fuel rod cell using current nuclear power calculation techniques. On the other hand, since the nuclear data library used for the calculation includes errors and uncertainties, even if the calculation method is sufficiently accurate, the nuclear data library that is the input parameter for the calculation calculates the infinite multiplication factor k of the fuel rod cell. An error may occur in the value.

よって今回、十分模擬性の認められるこの臨界実験の測定値を利用して燃料棒セルの無限増倍率を計算する計算コードと核データライブラリで計算してその計算値を補正する。   Therefore, this time, using the measurement value of this critical experiment, which is sufficiently simulated, the calculation code for calculating the infinite multiplication factor of the fuel rod cell and the nuclear data library will be used to correct the calculated value.

本実施形態では、実施できる模擬実験、あるいは利用できる模擬実験のケース数は1である場合を想定している。ここで、添え字Rは目的とする燃料棒セル、添え字Eは前述のように模擬実験体系を示すものとする。   In the present embodiment, it is assumed that the number of cases of simulation experiments that can be performed or that can be used is one. Here, the subscript R indicates the target fuel rod cell, and the subscript E indicates the simulation experiment system as described above.

既に述べたように目的とする製品や施設の設計値(=性能を示す数値)について注目している計算入力パラメータに関する感度係数が定義できて、計算入力パラメータが複数個あるためにそれぞれのパラメータについて感度係数が得られ、それらを成分とする感度係数ベクトルが定義される。   As already mentioned, it is possible to define a sensitivity coefficient for the calculation input parameter that is focused on the design value (= numerical value indicating performance) of the target product or facility, and there are multiple calculation input parameters. Sensitivity coefficients are obtained, and sensitivity coefficient vectors having these as components are defined.

ここで着目する物理量(反応度など)の計算入力パラメータ(核断面積など)、目的とする原子炉施設についての感度係数ベクトルをS、模擬実験についての感度係数ベクトルをSとする。また、計算入力パラメータ(核断面積など)の不確かさを表す共分散(誤差)行列をWとする。 Here, a calculation input parameter (nuclear cross section, etc.) of a physical quantity (reactivity, etc.) of interest, S R is a sensitivity coefficient vector for a target reactor facility, and S E is a sensitivity coefficient vector for a simulation experiment. Also, let W be a covariance (error) matrix that represents the uncertainty of calculation input parameters (such as nuclear cross section).

次に、代表燃料棒セル感度係数ベクトル演算部117が、炉心を代表する燃料棒セルの無限増倍率kの感度係数ベクトルSを算出し、算出された炉心を代表する燃料棒セルの無限増倍率kの感度係数ベクトルSを代表燃料棒セル感度係数ベクトル記憶部138が記憶する(ステップS307)。 Next, the representative fuel rod cell sensitivity coefficient vector calculation unit 117, endless fuel rod cell and calculating a sensitivity coefficient vector S R of infinite multiplication factor k of the fuel rod cells representing the core, representative of the calculated core the sensitivity coefficient vector S R of the multiplication factor k representative fuel rod cell sensitivity coefficient vector storage unit 138 stores (step S307).

次に、共分散誤差行列演算部118が、核データライブラリの共分散誤差行列Wを演算し、算出された共分散誤差行列Wを共分散誤差行列記憶部139が格納、記憶する(ステップS308)。なお共分散誤差行列は原理的にはシミュレーションに用いる入力の全てについて定義されるものであるが、その評価が非常に困難である場合は共分散誤差行列を対角行列としてもよい。   Next, the covariance error matrix calculation unit 118 calculates the covariance error matrix W of the nuclear data library, and the covariance error matrix storage unit 139 stores and stores the calculated covariance error matrix W (step S308). . In principle, the covariance error matrix is defined for all the inputs used in the simulation, but if the evaluation is very difficult, the covariance error matrix may be a diagonal matrix.

実施形態ではこれまで原子力技術分野で良く知られている通常の手法を主に組み合わせて実効遅発中性子の測定値を得る。実効遅発中性子割合の測定値は通常の核計算手法で得られる数値を基に組み合わせて最終的な値を得る。そのとき計算で必要となるものは臨界実験装置200の中性子実効増倍率についての核データライブラリに関する感度係数ベクトルを計算し、核データライブラリの共分散誤差行列Wを利用して代表性因子(Representative factor)を計算する計算コード(現時点では米国の国立研究所で開発されたSCALEシステムが利用可能)を利用する。加えて臨界実験装置200を3次元体系で輸送計算が可能な計算コード(現時点では米国で開発されたDANTSYSシステムが利用可能である)が必要である。   In the embodiment, a measured value of effective delayed neutrons is obtained by mainly combining conventional methods well known in the nuclear technology field. The measured value of the effective delayed neutron ratio is obtained based on a numerical value obtained by a normal nuclear calculation method to obtain a final value. What is required for the calculation is to calculate a sensitivity coefficient vector related to the nuclear data library for the neutron effective multiplication factor of the critical experiment apparatus 200, and to use the covariance error matrix W of the nuclear data library to represent the representative factor (Representative factor). ) Is used (a SCALE system developed at the National Laboratory in the United States is currently available). In addition, a calculation code capable of transporting the critical experiment apparatus 200 in a three-dimensional system (a DANTSYS system developed in the United States is currently available) is required.

SCALEシステムとは米国で臨界安全の評価に用いるために米国原子力規制委員会の要請で開発されたオークリッジ国立研究所(Oak Ridge National Laboratory)で開発された原子力関係の計算コードシステムであり、モンテカルロコード、燃料計算コード、評価済み核データライブラリなどを組み合わせたシステムであり、臨界計算、感度解析計算、燃焼計算、放射線量評価計算などの実施が可能である。   The SCALE system is a nuclear power calculation code system developed at Oak Ridge National Laboratory, which was developed at the request of the US Nuclear Regulatory Commission for use in criticality safety assessments in the United States. This system combines a code, fuel calculation code, evaluated nuclear data library, etc., and can perform criticality calculation, sensitivity analysis calculation, combustion calculation, and radiation dose evaluation calculation.

DANTSYSシステムとは、原子炉体系の体系が臨界かどうかの判断を行うための臨界計算を実施するためのシステムで、2次元体系あるいは3次元体系に記述された体系について空間を細分化した状態で決定論的手法を用いて中性子輸送計算を実施する計算コードである。一般に決定論的手法によって中性子輸送計算を実施すれば非常に長い計算時間を必要とするが、DANTSYSでは計算時間を短くするための数学的な加速法が用いられている。   The DANTSYS system is a system for performing criticality calculations to determine whether a reactor system is critical or not, with the space subdivided for a system described in a 2D system or a 3D system. It is a calculation code that performs neutron transport calculations using a deterministic method. In general, if a neutron transport calculation is performed by a deterministic method, a very long calculation time is required. However, in DANTSYS, a mathematical acceleration method for shortening the calculation time is used.

本実施形態の基礎となる理論は原子炉の核分裂反応の秒単位での時間的変化を表した1点炉動特性方程式、その動特性方程式から導出される逆時間方程式、また原子炉の臨界状態の条件を簡便に表現した修正1群拡散方程式である。   The theory underlying this embodiment is a one-point reactor dynamics equation representing the time variation of the nuclear fission reaction in seconds, an inverse time equation derived from the dynamic equation, and the critical state of the reactor This is a modified first group diffusion equation that simply expresses the above conditions.

ステップS308の後に、代表燃料棒セル無限増倍率補正値演算部119は、実験体系感度係数ベクトル演算部116が算出した感度係数ベクトルSと代表燃料棒セル感度係数ベクトル演算部117で算出された感度係数ベクトルSと、共分散誤差行列演算部118で算出された共分散誤差行列Wとを用いて、中性子実効増倍率keffと無限中性子増倍率k間の修正因子CFを次の式(6)によって算出する(ステップS309)。
CF=(S WS)/(S WS) …(6)
After step S308, the representative fuel rod cell infinite multiplication factor correction value calculation unit 119 has calculated the sensitivity coefficient vector S E experimental system sensitivity coefficient vector calculation part 116 calculates a representative fuel rod cell sensitivity coefficient vector calculation part 117 a sensitivity coefficient vector S R, the covariance error matrix using the covariance error matrix W calculated in the operation unit 118, neutron effective multiplication factor k eff and infinite neutron multiplication factor k between modifiers CF the following formula It calculates by (6) (step S309).
CF = (S R T WS R ) / (S E T WS R) ... (6)

ここで、修正因子CFの算出に関する考え方を以下に説明する。   Here, the concept regarding the calculation of the correction factor CF will be described below.

模擬実験が、目的とする製品や施設の設計値について、計算シミュレーション上で、どれだけ類似しているかを示す指標として代表性因子(もしくは模擬性評価因子)RFが定義できる。代表性因子(もしくは模擬性評価因子)RFは感度係数ベクトルSとSと共分散(誤差)行列Wとを用いて、次の式(7)で表される。
RF=S WS/{(S WS1/2(S WS1/2} …(7)
A representative factor (or simulation evaluation factor) RF can be defined as an index indicating how similar the simulation experiment is to the design value of the target product or facility on the calculation simulation. The representative factor (or simulation property evaluation factor) RF is expressed by the following equation (7) using sensitivity coefficient vectors S E and S R and a covariance (error) matrix W.
RF = S E T WS R / {(S E T WS E) 1/2 (S R T WS R) 1/2} ... (7)

共分散誤差行列Wを介した感度係数ベクトルの大きさを次のように考えれば、
a=(S WS1/2、b=(S WS1/2
共分散(誤差)行列を介した感度ベクトルSとSとのなす角度を角度θとすると、代表性因子RFは、次式のようにcosθに相当する。
RF=S WS/(ab)
したがって、次の式(8)を満たす。
−1≦RF≦1 …(8)
If the magnitude of the sensitivity coefficient vector via the covariance error matrix W is considered as follows,
a = (S E T WS E ) 1/2 , b = (S R T WS R ) 1/2
If the angle formed by the sensitivity vectors S E and S R via the covariance (error) matrix is an angle θ, the representative factor RF corresponds to cos θ as shown in the following equation.
RF = S E T WS R / (ab)
Therefore, the following expression (8) is satisfied.
−1 ≦ RF ≦ 1 (8)

前述のようにこの代表性因子(もしくは模擬性評価因子)RFの絶対値が十分大きい(1.0に近い)模擬実験(臨界実験)を1ケース選択する。目的体系は臨界実験装置200に構成した炉心体系の燃料棒セル(使用した燃料棒を燃料棒ピッチを1辺とする正方格子状の中心に位置させた2次元体系)、模擬実験は炉心体系である。   As described above, one case of a simulation experiment (critical experiment) in which the absolute value of the representative factor (or simulation evaluation factor) RF is sufficiently large (close to 1.0) is selected. The objective system is the core rod fuel rod cell (two-dimensional system in which the used fuel rods are positioned at the center of a square grid with one side of the fuel rod pitch) constructed in the critical experiment apparatus 200, and the simulation experiment is the core system. is there.

次に修正因子(Correction Factor:CF)は以下のように考えられる。感度係数ベクトルSをSの方向へ射影した長さは、acosθであるので、ベクトルSの方向に揃えたときのベクトルSの長さとの比を模擬実験体系での誤差の現れ方を目的とする製品あるいは施設での誤差の現れ方の修正因子CFと考えると、修正因子CFは次の式(9)で求められる。 Next, a correction factor (CF) is considered as follows. The length obtained by projecting the sensitivity coefficient vector S E in the direction of S R, so is kcos, illusory error of a ratio simulate systems of the length of the vector S R when aligned in the direction of the vector S R Is considered as a correction factor CF of how the error appears in the product or facility, the correction factor CF is obtained by the following equation (9).

Figure 2015094746
Figure 2015094746

ここで、bは、次のようになるので、
={(S WS1/2=S WS
結局、修正因子CFは、次の式(10)となり、自然な定義となっている。
CF=(S WS)/(S WS) …(10)
なお、式(10)の分子が必ず正の値であるので、修正因子CFの符号は、分母S WSの符号で決定される。
Here, b 2 is as follows.
b 2 = {(S R T WS R) 1/2} 2 = S R T WS R
After all, the correction factor CF becomes the following equation (10), which is a natural definition.
CF = (S R T WS R ) / (S E T WS R) ... (10)
Since the numerator of equation (10) is always a positive value, the sign of correction factor CF is determined by the sign of denominator S E T WS R.

ステップS309の後に、代表燃料棒セル無限増倍率補正値演算部119は、計算値keff に含まれる相対誤差Eを算出する
代表燃料棒セル無限増倍率補正値演算部119は、実験体系物理量演算部112が評価した計算値keff に含まれる相対誤差Eを算出する(ステップS310)。
After step S309, the representative fuel rod cell infinite multiplication factor correction value calculating unit 119, a representative fuel rod cell infinite multiplication factor correction value calculating unit 119 for calculating the relative error E P included in the calculation value k eff C is experimental system The relative error E P included in the calculated value k eff C evaluated by the physical quantity calculation unit 112 is calculated (step S310).

選択した臨界実験の核特性Rは臨界固有値(中性子実効増倍率)である。制御棒220を引き抜いた状態での中性子実効増倍率(keff )を評価する。臨界実験を目的とする製品(燃料集合体等)の反応度を計算する同じ手法(同じ核データライブラリ、同じ計算コード)で計算して中性子実効増倍率の計算値keff を得る。そして先に述べたように臨界実験で得られる中性子実効増倍率の値keff によって、計算値keff に含まれる相対誤差Eは、((keff −keff )/keff )、すなわち(keff /keff −1)として得ることができる。 The nuclear characteristic R of the selected critical experiment is the critical eigenvalue (neutron effective multiplication factor). The neutron effective multiplication factor (k eff C ) with the control rod 220 pulled out is evaluated. The calculated value k eff C of the effective neutron multiplication factor is obtained by the same method (the same nuclear data library and the same calculation code) for calculating the reactivity of the product (fuel assembly etc.) intended for the criticality experiment. As described above, the relative error E P included in the calculated value k eff C is ((k eff C −k eff E ) / k eff, based on the value k eff E of the effective neutron multiplication factor obtained in the critical experiment. E )), that is, (k eff C / k eff E −1).

この臨界実験の測定値と計算値の相対誤差(keff /keff −1)をベースに、計算手法に起因する相対誤差、臨界実験の測定値の相対誤差を除いて、あるいは以下に示す考え方に従って計算入力パラメータの誤差に起因する相対誤差Eを評価する。相対誤差 Eの評価に際しては、以下の要件を満足することが必要である。 Based on the relative error (k eff C / k eff E −1) between the measured value and the calculated value of the critical experiment, excluding the relative error caused by the calculation method, the relative error of the measured value of the critical experiment, or The relative error E P caused by the error of the calculation input parameter is evaluated according to the concept shown. In evaluating the relative error E P , it is necessary to satisfy the following requirements.

使用した計算モデルは着目している物理量を計算することに際して、十分な精度を持ち、使用した計算モデルに特徴付けられる計算誤差を生じないこと。例えば原子力分野では核物質を時に非常に小さな体系に装荷するが、そのような体系を拡散計算やエネルギー群を少数群で扱った簡易的な核データライブラリで計算すれば、計算モデルの品質が十分でないために計算誤差が生ずる。そのような誤差を避けるために十分詳細な計算手法を用いるべきである。例えば連続エネルギーライブラリを使用した、汎用モンテカルロ計算などが適切である。なおこの場合も、幾何学形状の記述に関する誤差を避けるために、体系や製品の幾何学的記述は十分に詳細にすべきである。   The calculation model used must have sufficient accuracy when calculating the physical quantity of interest and does not cause calculation errors characterized by the calculation model used. For example, in the nuclear power field, nuclear materials are sometimes loaded into a very small system, but if such a system is calculated with a simple nuclear data library that handles diffusion calculations and energy groups with a small number of groups, the quality of the calculation model is sufficient. Therefore, a calculation error occurs. A sufficiently detailed calculation method should be used to avoid such errors. For example, general-purpose Monte Carlo calculation using a continuous energy library is appropriate. Again, the system and product geometric descriptions should be sufficiently detailed to avoid errors in the description of geometric shapes.

なお数値計算自体の誤差は無視できるレベルのものとする。加えて、モンテカルロ計算を適用した場合も、統計誤差は十分に小さくなるように留意すべきである。   It should be noted that errors in numerical calculations themselves can be ignored. In addition, it should be noted that the statistical error is sufficiently small when Monte Carlo calculation is applied.

実験に関しての測定誤差も十分に小さいことが必要である。   The measurement error for the experiment must also be sufficiently small.

なお、数値計算に関してモンテカルロ計算を適用した場合に生ずる統計誤差、実験の測定誤差もどちらもどんな場合でも系統性がある系統誤差ではなくて、場合によって正負の値がばらつくランダム誤差に分類されると考える。よって、これらの誤差は『不確かさ』として扱い、相対誤差Eの評価に直接関係しないものとする。 Note that statistical errors and experimental measurement errors that occur when Monte Carlo calculation is applied to numerical calculations are not systematic errors with systematicity in any case, but are classified as random errors with positive and negative values varying depending on the case. Think. Therefore, these errors are treated as “uncertainty” and are not directly related to the evaluation of the relative error E P.

ステップS310の後に、代表燃料棒セル無限増倍率補正値演算部119は、相対誤差Eおよび修正因子CFを用いて、ER=E×CFとして入力パラメータに起因する相対誤差ERを算出する(ステップS311)。模擬実験を実施して、着目する物理量に関して測定値と計算値から得られた、計算入力パラメータの誤差に起因する相対誤差Eに基づいて、目的とする製品あるいは施設の設計計算値についての、計算入力パラメータの誤差に起因する相対誤差ERは、次の式(11)のように表される。
ER=E×CF=E×(S WS)/(S WS) …(11)
After step S310, the representative fuel rod cell infinite multiplication factor correction value calculating unit 119 uses the relative error E P and modifiers CF, calculated relative error ER P due to the input parameters as ER P = E P × CF (Step S311). Based on the relative error E P caused by the error of the calculation input parameter obtained from the measured value and the calculated value for the physical quantity of interest by conducting a simulation experiment, the design calculated value of the target product or facility is relative error ER P due to errors in the calculation input parameter is expressed by the following equation (11).
ER P = E P × CF = E P × (S R T WS R) / (S E T WS R) ... (11)

ここで注目すべき点は、Eの値は正負が定まって与えられ、かつ修正因子CFも正負の値が定まって与えられるので、目的とする製品あるいは施設の設計計算値についての、計算入力パラメータの誤差に起因する相対誤差ERは自動的に正負が定まって計算される。上記の計算については米国の国立研究所で開発されたSCALEシステムが適用可能である。 It should be noted here that, the value of E P is given definite positive and negative, and because modified Factor CF is also given by definite values of positive and negative, for design calculation value of a product or property of interest, calculation input relative error ER P due to the error of the parameters are calculated automatically definite positive and negative. For the above calculation, a SCALE system developed by a national laboratory in the United States can be applied.

ステップS311の後に、代表燃料棒セル無限増倍率補正値演算部119は、入力パラメータに起因する相対誤差ERを用いて中性子無限増倍率kの補正を行い記憶する(ステップS312)。すなわち、ステップS311で得られた相対誤差ERを用いて、目的とする燃料棒セルの無限増倍率kとして、次の式(12)により補正した値を用いる。こうして、臨界実験の結果を反映した無限増倍率kが得られる。
(補正後)=k(最初の計算結果)×1/(1+ER) …(12)
After step S311, the representative fuel rod cell infinite multiplication factor correction value calculating unit 119 stores corrects the neutron infinite multiplication factor k with relative error ER P due to the input parameters (step S312). That is, using the relative error ER P obtained in step S311, the infinite multiplication factor k of the fuel rod cells of interest, using a value corrected by the following equation (12). Thus, an infinite multiplication factor k reflecting the result of the critical experiment is obtained.
k∞ (after correction) = k∞ (first calculation result) × 1 / (1 + ER P ) (12)

図11は、実施形態に係る実効遅発中性子割合測定方法のうちの臨界水位等計算ステップの詳細手順および最終値算出ステップを示すフロー図である。以下、ステップS400で示す臨界水位等計算ステップの詳細手順について説明する。   FIG. 11 is a flowchart showing the detailed procedure of the critical water level calculation step and the final value calculation step in the effective delayed neutron ratio measurement method according to the embodiment. Hereinafter, the detailed procedure of the critical water level calculation step shown in step S400 will be described.

中性子実効増倍率keff の計算は、修正1群拡散方程式を用いる。修正1群拡散方程式は、中性子実効増倍率をkeff、中性子無限増倍率をk、移動面積(Migration area)をM、体系全体のバックリング(Buckling)をBとして、次の式(13)のように記述される。 The calculation of the neutron effective multiplication factor k eff C uses a modified first group diffusion equation. The modified group 1 diffusion equation is expressed as follows, where the effective neutron multiplication factor is k eff , the infinite neutron multiplication factor is k , the movement area (Migration area) is M 2 , and the whole system buckling is B 2. 13).

Figure 2015094746
この式の特徴は原子炉の中性子束に関してエネルギーによる差を考慮せず、すなわち中性子エネルギーを1つの群として扱う考え方であり、ここに記載されているバックリングも中性子束のエネルギーには依存せず、同じ値であるという仮定がなされている。
Figure 2015094746
The characteristic of this equation is that it does not take into account the difference in energy with respect to the neutron flux of the reactor, that is, the idea of treating the neutron energy as one group, and the buckling described here does not depend on the energy of the neutron flux. , The same value is assumed.

本実施形態では修正1群拡散方程式に関して軸方向の中性子束がcosine分布に従うという仮定を行って、数値の処理を行う。通常の臨界実験装置200では軸方向に関しては燃料棒の有効長位置に関してどの位置でも同じ炉心横断面を有していることが多く、均質とみなせる。よって軸方向の中性子束分布はcosine分布と考えてよい。この場合、炉心の軸方向のBuckling(バックリング)B は、円周率をπ、実効水位をz、外挿距離をδとして、前出の式(5)で表される。 In the present embodiment, numerical processing is performed by assuming that the axial neutron flux follows the cosine distribution with respect to the modified first group diffusion equation. In the normal critical experiment apparatus 200, the axial direction often has the same core cross section at any position with respect to the effective length position of the fuel rod, and can be regarded as homogeneous. Therefore, the axial neutron flux distribution may be considered as a cosine distribution. In this case, the core in the axial direction of Buckling (buckling) B Z 2 is a circular constant [pi, the effective water level z, the extrapolation distance [delta], represented by the preceding formula (5).

なおここで実効水位と記載するものは、臨界水位を燃料棒の燃料ペレットの下端位置を原点(ゼロ)として換算した測定水位の意味で、実効臨界水位と呼ばれる値である。   In addition, what is described as an effective water level here is a value referred to as an effective critical water level, which means a measured water level in which the critical water level is converted with the lower end position of the fuel pellet of the fuel rod as the origin (zero).

さらに今回の反応度測定では、臨界状態から測定を開始して、変化させる反応度をそれほど大きな値ではないとする。すなわち炉心に反応度変化がもたらされても中性子実効増倍率(keff)は常におよそ1.00程度とみなせる。このような仮定を用いて、修正1群拡散方程式に基づけば、水位反応度係数は(実効水位+外挿距離)の3乗分の1として表せる。 Furthermore, in this reactivity measurement, the measurement is started from the critical state and the reactivity to be changed is not so large. That is, even if a reactivity change is brought about in the core, the effective neutron multiplication factor (k eff ) can always be regarded as about 1.00. Using this assumption and based on the modified first group diffusion equation, the water level reactivity coefficient can be expressed as 1/3 of (effective water level + extrapolation distance).

本実施形態で使用する水位反応度係数の理論式について導出を含めて説明する。今、次の(a)〜(c)の3つの仮定が成り立つ場合を考える。
(a)実験体系で修正1群拡散方程式が適用できること、この仮定が十分成立するためには臨界実験装置200に構成した炉心体系が過度に小型ではないことが必要である。
(b)炉心軸方向分布がcosine分布で近似できる。この仮定が十分成立するためには臨界実験装置200に構成した炉心205の軸方向構成に関して均質な構成になっていること、すなわち炉心205の径方向の構成が軸方向位置で異ならないこと、簡単に言えば軸方向のどの位置でも径方向の構成が同じであることが重要である。もちろん炉心体系は厳密には軸方向に関して均質ではない。炉心軸方向の下部には燃料棒を挿入支持するための下部格子板等の構造物があり、上部には上部格子板や空気があるので上下端では完全に同じ構成にはなり得ない。ここでは燃料棒の有効長範囲で軸方向に均質な構成であれば十分である。
(c)測定試料の有無で水位差が 数cm〜10cm程度であること
The theoretical formula of the water level reactivity coefficient used in this embodiment will be described including derivation. Consider a case where the following three assumptions (a) to (c) hold.
(A) The modified group 1 diffusion equation can be applied in the experimental system, and in order for this assumption to be sufficiently established, it is necessary that the core system configured in the critical experiment apparatus 200 is not excessively small.
(B) The core axis direction distribution can be approximated by a cosine distribution. In order for this assumption to be fully established, the axial configuration of the core 205 configured in the critical experiment apparatus 200 is homogeneous, that is, the radial configuration of the core 205 is not different at the axial position, In other words, it is important that the radial configuration is the same at any position in the axial direction. Of course, the core system is not strictly homogeneous in the axial direction. There is a structure such as a lower lattice plate for inserting and supporting the fuel rods in the lower part in the core axis direction, and there is an upper lattice plate and air in the upper part. Here, it is sufficient if the configuration is homogeneous in the axial direction within the effective length range of the fuel rod.
(C) The water level difference is about several cm to 10 cm with or without the measurement sample.

上記の仮定に基づいて反応度の処理を行う式を導出する。いま、炉心体系の径方向断面の仮想的な無限増倍率をk、炉心体系の横方向(径方向)のBucklingをA(通常B と表示)、炉心体系の移動面積をM、炉心実効軸方向高さをz、軸方向外挿距離をδとする。炉心軸方向高さzは変化するが、他の値は、本実験(期間)中は一定と仮定する。円周率をπとして、軸方向中性子束分布がcosine分布と仮定すれば、炉心軸方向のBucklingは、前述のように、前出の式(5)のように表される。 Based on the above assumptions, a formula for processing the reactivity is derived. Now, a virtual infinite multiplication factor of the radial cross section of the core system k ∞, the Buckling of the transverse direction of the core system (radial) A (usually B r 2 and the display), the movement area of the core system M 2, The core effective axial height is z, and the axial extrapolation distance is δ. The core axial height z varies, but other values are assumed to be constant during this experiment (period). Assuming that the circumference is π and the axial neutron flux distribution is assumed to be a cosine distribution, the buckling in the core axis direction is expressed as shown in the above equation (5).

この結果、炉心の中性子実効増倍率keffは修正1群拡散理論では、次の式(14)となる。 As a result, the effective neutron multiplication factor k eff of the core is expressed by the following equation (14) in the modified first group diffusion theory.

Figure 2015094746
Figure 2015094746

式(14)でBとは径方向と軸方向の和である体系全体のBucklingである。 The B 2 in formula (14) is a Buckling of the whole system is the sum of the radial and axial direction.

次に中性子実効増倍率keffを炉心実効軸方向長さzに関して偏微分すれば、次の式(15)が得られる。 Next, if the neutron effective multiplication factor k eff is partially differentiated with respect to the core effective axial direction length z, the following equation (15) is obtained.

Figure 2015094746
Figure 2015094746

一方、反応度ρはkeffを用いて、次の式(16)で表され、反応度ρを炉心実効軸方向長さzで偏微分すれば、式(17)が得有られる。
ρ=(keff−1)/keff=1−1/keff …(16)
On the other hand, the reactivity ρ is expressed by the following equation (16) using k eff , and if the reactivity ρ is partially differentiated by the core effective axis direction length z, equation (17) can be obtained.
ρ = (k eff −1) / k eff = 1−1 / k eff (16)

Figure 2015094746
Figure 2015094746

式(17)に式(15)を代入すれば、水位すなわち実効軸方向長さzに関する水位反応度係数は、次の式(18)によって得られる。   If the equation (15) is substituted into the equation (17), the water level reactivity coefficient regarding the water level, that is, the effective axial direction length z is obtained by the following equation (18).

Figure 2015094746
Figure 2015094746

以下、図11にステップS500で示す最終値算出ステップ各ステップの手順について説明する。   Hereinafter, the procedure of each step of the final value calculation step shown in step S500 in FIG. 11 will be described.

まず、代表燃料棒セル移動面積演算部120は、移動面積M を算出する(ステップS401)。具体的には、実験体系物理量記憶部133に格納された横方向の漏れの軸方向の漏れに対する比a、反応度ρ、中性子実効増倍率keff等と、実験体系実効遅発中性子割合暫定値記憶部132に格納された実効遅発中性子割合βeffの暫定値と用いて、次の式(19)により、第一の移動面積M を算出する。 First, the representative fuel rod cell moving area calculation unit 120 calculates the moving area M 1 2 (step S401). Specifically, the ratio of the lateral leakage to the axial leakage stored in the experimental system physical quantity storage unit 133, the reactivity ρ, the effective neutron multiplication factor k eff, and the like, and the experimental system effective delayed neutron ratio provisional value using the provisional value of the effective delayed neutron fraction beta eff stored in the storage unit 132, by the following equation (19), calculates a first transfer area M 1 2.

Figure 2015094746
Figure 2015094746

また、この計算の不確かさの逆数あるいは適切な重みをuとする。   In addition, u is the reciprocal of the uncertainty of this calculation or an appropriate weight.

また、実験体系物理量演算部112は、制御棒を全引き抜きしたときにちょうど臨界になる水位zcを次の式(20)から算出する。算出した水位zcは実験体系物理量記憶部133に格納、記憶される(ステップS402)。   Further, the experimental system physical quantity calculation unit 112 calculates a water level zc that becomes just critical when all the control rods are pulled out from the following equation (20). The calculated water level zc is stored and stored in the experimental system physical quantity storage unit 133 (step S402).

Figure 2015094746
Figure 2015094746

炉心の中性子実効増倍率keffは修正1群拡散理論では、次の式(21)のように表される。 The effective neutron multiplication factor k eff of the core is expressed by the following formula (21) in the modified first group diffusion theory.

Figure 2015094746
Figure 2015094746

ここでAは径方向のBucklingであるが、この値を測定から精度良く求めることはかなり困難である。
測定から求める場合は、炉心体系の径方向について積分γ測定などを行い、炉心体系の径方向の出力分布を求める。この径方向軸方向核分裂率(出力)分布を規格化し、最も値の大きい位置を含む複数点数の測定値を、適切なコンピュータプログラム(あるいは市販のPCアプリケーション)によって、次の式(22)の関数形でフィッティングする。
Here, A is the buckling in the radial direction, but it is very difficult to accurately obtain this value from the measurement.
When obtaining from the measurement, integral γ measurement is performed in the radial direction of the core system, and the power distribution in the radial direction of the core system is obtained. This radial axial fission rate (output) distribution is normalized, and the measured value of a plurality of points including the position having the largest value is expressed by the following equation (22) by an appropriate computer program (or commercially available PC application). Fit in shape.

Figure 2015094746
この場合、Lは炉心体系の横方向の有効長(通常は燃料棒ピッチ×燃料棒セル数)、Δは横方向外挿距離と呼ばれる値である。このようにして外挿距離Δを得る。
Figure 2015094746
In this case, L is a laterally effective length of the core system (usually fuel rod pitch × number of fuel rod cells), and Δ is a value called lateral extrapolation distance. In this way, the extrapolation distance Δ is obtained.

なお一般的にこの外挿距離Δは、臨界実験装置200に比較的固有の値であって、臨界実験装置200に構成した個々の炉心体系に対する依存性が小さいことが経験的に分かっている。よって別の実験で得られた信頼できる外挿距離Δの値が与えられていればその値を利用することも可能である。なお横方向のバックリングB は、次の式(23)で表される。 In general, it is empirically known that the extrapolation distance Δ is a value inherent to the critical experiment apparatus 200 and has a small dependency on the individual core system constructed in the critical experiment apparatus 200. Therefore, if a reliable value of extrapolation distance Δ obtained in another experiment is given, that value can be used. The lateral buckling B X 2 is represented by the following formula (23).

Figure 2015094746
Figure 2015094746

この場合、横方向として、X方向、Y方向の2通りがあり、式(23)の値の2倍になるので、次の式(24)のように表される。
a=2×B /B …(24)
In this case, there are two horizontal directions, the X direction and the Y direction, which are twice the value of Expression (23), and therefore are expressed as the following Expression (24).
a = 2 × B X 2 / B Z 2 (24)

通常、aの評価は3次元輸送計算コードの計算値を利用する。この場合でも連続エネルギー汎用モンテカルロコードによって評価することも可能であるが、本実施形態では計算の簡便さと整合性の良さから、決定論的コードのうち、3次元輸送計算コードを使用することを第一に推奨する。   Usually, evaluation of a uses the calculated value of the three-dimensional transport calculation code. Even in this case, the continuous energy general-purpose Monte Carlo code can be evaluated. However, in this embodiment, it is preferable to use the three-dimensional transport calculation code among the deterministic codes because of the simplicity of calculation and the good consistency. Recommended first.

中性子エネルギーを多群(10群以上)で扱った3次元輸送計算コードにおいて直方体形状の炉心205を詳細な空間メッシュで計算して、計算出力として6つの面ごとの中性子の洩れの割合を得る。その計算値から軸方向上下2面の中性子の洩れの割合の合計(軸方向洩れ)と横方向4面の洩れの割合の合計(横方向洩れ)を計算してその比を求める。すなわちAがB の何倍になるかを計算してその比をaとすれば、中性子実効増倍率keffは、次の式(25)で与えられる。 In a three-dimensional transport calculation code in which neutron energy is handled in multiple groups (10 groups or more), a rectangular parallelepiped core 205 is calculated with a detailed spatial mesh, and a neutron leakage ratio for each of the six surfaces is obtained as a calculation output. From the calculated values, the sum of the ratios of neutron leakage on the upper and lower surfaces in the axial direction (axial leakage) and the sum of the ratios of leakage on the four lateral surfaces (lateral leakage) are calculated to obtain the ratio. That is, when calculating how many times A is B Z 2 and assuming that ratio is a, the effective neutron multiplication factor k eff is given by the following equation (25).

Figure 2015094746
Figure 2015094746

臨界実験装置200の炉心体系は臨界水位z、制御棒220を引き抜いた状態での臨界を超過していて中性子実効増倍率keffは、keff=keff であったので、式(25)から、次の式(26)によって移動面積Mが決定される。今、このMをM と表す。 Since the core system of the critical experiment apparatus 200 exceeds the critical water level z and the criticality in the state where the control rod 220 is pulled out, and the effective neutron multiplication factor k eff is k eff = k eff E , the equation (25) from transfer area M 2 is determined by the following equation (26). Now, representing the M 2 and M 1 2.

Figure 2015094746
Figure 2015094746

炉心タンクの水位がzで制御棒や微調整棒が炉心から引き抜かれた場合を、仮にこの臨界実験装置200は炉心タンク水の水位の調整によって臨界を達成する実験装置で臨界を達成した炉心タンクの水位zcを超過した状態と見做す。臨界を達成する炉心タンク水の水位がzcであるので修正1群方程式で臨界条件を記述すれば、次の式(27)となる。   In the case where the water level of the core tank is z and the control rod or fine adjustment rod is pulled out of the core, this critical experiment apparatus 200 is a core tank that has achieved criticality by an experimental apparatus that achieves criticality by adjusting the water level of the core tank water. It is assumed that the water level zc is exceeded. Since the water level of the core tank water that achieves the criticality is zc, the following equation (27) is obtained if the critical condition is described by a modified first group equation.

Figure 2015094746
Figure 2015094746

実験体系物理量演算部112は、式(27)を解いて、次の式(28)のように臨界水位zcを求める。   The experimental system physical quantity calculator 112 solves the equation (27) to obtain the critical water level zc as in the following equation (28).

Figure 2015094746
Figure 2015094746

次に、代表燃料棒セル移動面積演算部120は、さらに第2の移動面積M を算出する(ステップS403)。具体的には、実験体系物理量記憶部133に格納された横方向の漏れの軸方向の漏れに対する比a、反応度ρ、中性子実効増倍率keff、zc等と、実験体系実効遅発中性子割合暫定値記憶部132に格納された実効遅発中性子割合βeffの暫定値とを用いて、次の式(29)により第2の移動面積M を算出する。 Next, the representative fuel rod cell transfer area calculation unit 120 further calculates the second transfer area M 2 2 (step S403). Specifically, the ratio a of the lateral leakage to the axial leakage stored in the experimental system physical quantity storage unit 133, the reactivity ρ, the effective neutron multiplication factor k eff , zc, etc., and the effective delayed neutron ratio of the experimental system by using the provisional value of the effective delayed neutron fraction beta eff stored in provisional value storage unit 132, calculates a second transfer area M 2 2 by the following equation (29).

Figure 2015094746
Figure 2015094746

さらに、計算の不確かさの逆数あるいは適切な重みをvとする。   Furthermore, v is the reciprocal of the calculation uncertainty or an appropriate weight.

今、制御棒220が炉心205から引き抜かれた状態における炉心タンク201の水位がzで、臨界水位zcから水位が上昇して反応度が加わった状態であるとする。   Now, assume that the water level of the core tank 201 in the state where the control rod 220 is pulled out from the core 205 is z, and the water level has risen from the critical water level zc and the reactivity is added.

前述のように、制御棒220を引き 抜いた際に測定された増倍時間tから得られている反応度中性子検出器の指示値の増加をもとに増倍時間を得て逆時間方程式に基づくか、あるいは逆動特性法(Inverse kinetics)を用いた反応度計によって臨界実験装置200に加わった反応度ρを求めており、その単位はドル($)単位(実効遅発中性子割合を1$と評価した単位系)である。   As described above, the multiplication time is obtained based on the increase in the indicated value of the reactivity neutron detector obtained from the multiplication time t measured when the control rod 220 is pulled out, and the inverse time equation is obtained. The reactivity ρ applied to the critical experiment apparatus 200 is obtained by a reactivity meter based on the inverse dynamics method (Inverse kinetics), the unit being dollar ($) unit (effective delayed neutron ratio is 1) Unit system evaluated as $).

原子力分野で一般的に認められているコンピュータプログラム(計算コード)と核データライブラリを用いて、臨界実験装置200に構成された炉心体系の実効遅発中性子割合(Effective delayed neutron fraction)を計算する。例えば計算コードとしてはDANTSYSシステム、核データライブラリはJENDL−4.0等である。通常、この計算値には計算手法、核データライブラリに収納されている遅発中性子の収率(yield)の数値の不確かさや誤差で±数%〜10%程度の誤差が生じる可能性があるといわれている。この数値を実効遅発中性子割合βeffとすれば反応度($単位)の値に乗じることで水位反応度を無次元の数値に置き換えることができる。ただしこの数値は±数%〜10%程度の誤差が生じる可能性があることには留意すべきである。 The effective delayed neutron fraction of the core system configured in the critical experiment apparatus 200 is calculated using a computer program (calculation code) generally accepted in the nuclear field and a nuclear data library. For example, the calculation code is the DANTSYS system, and the nuclear data library is JENDL-4.0. Usually, this calculation value may have an error of ± several% to 10% due to uncertainty or error in the numerical value of the calculation method and the yield of delayed neutrons stored in the nuclear data library. It is said. If this numerical value is the effective delayed neutron ratio β eff , the water level reactivity can be replaced with a dimensionless numerical value by multiplying the value of the reactivity (in units of $). However, it should be noted that this value may cause an error of about ± several% to 10%.

臨界水位zcと既に得られている炉心タンク水の水位zとの差をΔz(Δz=z−zc)とすると、
zc+Δz/2=zc+(z−zc)/2=(z+zc)/2
であるので、次の式(30)を変形して、次の式(31)を得る。式(31)を用いて、移動面積Mは、式(32)により得られる。この式(32)により得られたMをM と表す。
If the difference between the critical water level zc and the water level z of the already obtained core tank water is Δz (Δz = z−zc),
zc + Δz / 2 = zc + (z−zc) / 2 = (z + zc) / 2
Therefore, the following equation (30) is modified to obtain the following equation (31). Using equation (31), movement area M 2 is obtained by equation (32). M 2 obtained by this formula (32) is represented as M 2 2 .

Figure 2015094746
Figure 2015094746

次に、代表燃料棒セル移動面積演算部120は、次の式(33)により合成した移動面積Mを算出する(ステップS404)。 Next, the representative fuel rod cell transfer area calculation unit 120 calculates the movement area M 2 synthesized by the following equation (33) (step S404).

Figure 2015094746
Figure 2015094746

一般的には、式(26)で求めたM と、式(29)で求めたM とは一致しない。これは、式(26)のaには計算の不確かさが含まれ、式(29)の実効遅発中性子割合βeffにも計算の不確かさが含まれるからである。もともと、臨界実験の測定値を利用して臨界実験装置200に構成された炉心の実効遅発中性子割合βeffを求めようとしているので計算値の実効遅発中性子割合βeffを利用して式(29)で求めるM には意味がないと思われがちであるがそうではない。ある程度の正しさを有している実効遅発中性子割合βeffを出発点として、より正しい実効遅発中性子割合βeffを得ようとする手順には妥当性がある。 In general, M 1 2 obtained by Expression (26) does not match M 2 2 obtained by Expression (29). This is because a in formula (26) includes calculation uncertainty, and the effective delayed neutron ratio β eff in formula (29) also includes calculation uncertainty. Originally, an attempt is made to obtain the effective delayed neutron ratio β eff of the core configured in the critical experiment apparatus 200 using the measured value of the critical experiment, and therefore, using the calculated effective delayed neutron ratio β eff ( It tends to be thought that M 2 2 obtained in 29) has no meaning, but it is not so. A procedure for obtaining a more effective effective delayed neutron ratio β eff starting from an effective delayed neutron ratio β eff having a certain degree of correctness is valid.

そこで式(26)で求めたM と式(32)で求めたM を用いてより適切な移動面積Mを求めることを試みる。ここでは最小二乗法を用いる。すなわち適切な重み(weight)uとvを用いて、次の式(34)の関数f(x)を最小にするxが最も適切と判断される移動面積Mとなる。
f(x)=u(M −x)+v(M −x) …(34)
f(x)を最小にする極値条件から、次の式(35)となる。
Therefore, an attempt is made to obtain a more appropriate moving area M 2 using M 1 2 obtained by Expression (26) and M 2 2 obtained by Expression (32). Here, the least square method is used. That is, using the appropriate weights u and v, x that minimizes the function f (x) in the following equation (34) is the moving area M 2 that is determined to be the most appropriate.
f (x) = u (M 1 2 −x) 2 + v (M 2 2 −x) 2 (34)
From the extreme value condition that minimizes f (x), the following equation (35) is obtained.

Figure 2015094746
Figure 2015094746

一方、次の式(36)から、最終的に求めるべき移動面積Mを得ることができる。
x=M=(uM +vM )/(u+v) …(36)
uとvについては、それぞれ式(26)で求めたM と、式(29)で求めたM の推定される計算誤差の逆数を用いればよい。なお、最終的に実効遅発中性子割合βeffを得ようとする場合に計算値の実効遅発中性子割合βeffを用いることが好ましくないと判断される場合はuに比してvを非常に小さい数値か0にすればよい。
On the other hand, the following equation (36), can be obtained transfer area M 2 to definitively found.
x = M 2 = (uM 1 2 + vM 2 2 ) / (u + v) (36)
For u and v, the reciprocal of the estimated calculation error of M 1 2 obtained by Expression (26) and M 2 2 obtained by Expression (29) may be used. Note that when it is determined that it is not preferable to use the calculated effective delayed neutron ratio β eff when finally obtaining the effective delayed neutron ratio β eff , v is much higher than u. A small number or 0 can be used.

ステップS400が終了の後、実験体系実効遅発中性子割合演算部121は、実効遅発中性子割合βeffの最終値を算出する(ステップS500)。 After step S400 is completed, the experimental system effective delayed neutron ratio calculating unit 121 calculates the final value of the effective delayed neutron ratio β eff (step S500).

まず、実効遅発中性子割合の測定方法すなわち基礎となる測定原理を説明する。実効遅発中性子割合βeffを水位反応度係数の測定値から求めることができる。炉心が炉心タンク水位zで臨界を達成したとする。炉心タンク水位をΔz上昇させ炉心に加わった反応度を測定する。このときの炉心タンク水位z+0.5Δzの高さにおける水位反応度係数を、式(31)から$単位(すなわち、実効遅発中性子割合βeffで割った値)で求めると、次の式(37)、式(38)が得られる。 First, the measurement method of the effective delayed neutron ratio, that is, the basic measurement principle will be described. The effective delayed neutron ratio β eff can be determined from the measured value of the water level reactivity coefficient. Reactor core and has achieved critical in the core tank water level z 0. The reactor tank water level is increased by Δz 0 and the reactivity applied to the core is measured. When the water level reactivity coefficient at the height of the core tank water level z 0 + 0.5Δz 0 at this time is calculated from the equation (31) in units of $ (that is, a value divided by the effective delayed neutron ratio β eff ), Expressions (37) and (38) are obtained.

Figure 2015094746
Figure 2015094746

よって

Figure 2015094746
Therefore
Figure 2015094746

式(38)においてはπは定数、zとΔzは通常は測定値、ρは増倍時間の測定を介して$単位の測定値として得られる。よって移動面積M、無限増倍率k、外挿距離δを求めることができれば実効遅発中性子割合βeffを求めることができる。これが本実施形態において基礎となる測定原理である。 In equation (38), π is a constant, z 0 and Δz 0 are usually measured values, and ρ is obtained as a measured value in $ units through measurement of multiplication time. Therefore, if the moving area M 2 , the infinite multiplication factor k , and the extrapolation distance δ can be obtained, the effective delayed neutron ratio β eff can be obtained. This is the basic measurement principle in the present embodiment.

これまでのステップによって必要な数値が全て得られている。それぞれの数値を式(38)に代入することによって、次の式(39)のように実効遅発中性子割合を求めることができる。   All the necessary numerical values have been obtained by the previous steps. By substituting the respective numerical values into the equation (38), the effective delayed neutron ratio can be obtained as in the following equation (39).

Figure 2015094746
Figure 2015094746

特にv=0として式(26)で求めたM のみを移動面積Mとした場合は、次の式(40)、さらに式(41)となり、式(41)の評価では、πは分母分子で消去され不要となる。 In particular, when v = 0 and only M 1 2 obtained in the equation (26) is the moving area M 2 , the following equation (40) and further the equation (41) are obtained. In the evaluation of the equation (41), π is It is erased by the denominator and is no longer needed.

Figure 2015094746
Figure 2015094746

すなわち

Figure 2015094746
Ie
Figure 2015094746

よって式(35)の評価に、z、ρを$(ドル)単位の測定値として得て、無限増倍率k、臨界実験装置200に構成した炉心体系の径方向と軸方向の洩れの割合の比a、臨界水位zc、外挿距離δを求めれば実効遅発中性子割合βeffを求めることができる。すなわち計算による評価が必要であるが、今日の計算技術に基づけばさほど困難な計算はなくかつ誤差の少ない計算値を利用して実効遅発中性子割合βeffを求めることができる。また測定自体にも特別な装置を必要とはしないことが本実施形態の特徴である。 Therefore, in the evaluation of the equation (35), z and ρ are obtained as measured values in units of $ (dollars), the infinite multiplication factor k , and the radial and axial leakage ratios of the core system configured in the critical experiment apparatus 200 The effective delayed neutron ratio β eff can be obtained by obtaining the ratio a, the critical water level zc, and the extrapolation distance δ. That is, although evaluation by calculation is necessary, the effective delayed neutron ratio β eff can be obtained by using a calculated value with less error and less error based on today's calculation technology. Further, it is a feature of this embodiment that no special device is required for the measurement itself.

以上のように、本実施形態では、通常の臨界実験装置200が有している設備と実験技術を使用し、追加の特別な機器を要することなく実効遅発中性子割合を精度よく算出することができる。   As described above, in the present embodiment, the effective delayed neutron ratio can be accurately calculated without using any additional special equipment, using the facilities and experimental techniques that the normal critical experiment apparatus 200 has. it can.

以上、本実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。たとえば、実施形態では臨界実験装置に適用した場合を示したが、これに限定されない。たとえば、臨界装置であれば、研究用原子炉においても、同様の手順を行うことが可能な場合は、本発明が適用できる。   Although the present embodiment has been described above, the embodiment is presented as an example, and is not intended to limit the scope of the invention. For example, in the embodiment, the case where the present invention is applied to a critical experiment apparatus is shown, but the present invention is not limited to this. For example, in the case of a critical apparatus, the present invention can be applied to a research reactor if a similar procedure can be performed.

さらに、実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。   Furthermore, the embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention.

実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   The embodiments and the modifications thereof are included in the scope of the invention and the scope of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10…実効遅発中性子割合測定装置、100…中央演算処理装置(CPU)、101…バス、110…演算部、111…実験体系実効遅発中性子割合暫定値演算部、112…実験体系物理量演算部、113…実験体系軸方向外挿距離演算部、114…代表燃料棒セル無限増倍率演算部、115…計算値・測定値相対誤差演算部、116…実験体系感度係数ベクトル演算部、117…代表燃料棒セル感度係数ベクトル演算部、118…共分散誤差行列演算部、119…代表燃料棒セル無限増倍率補正値演算部、120…代表燃料棒セル移動面積演算部、121…実験体系実効遅発中性子割合演算部、130…記憶部、131…実験体系測定値記憶部、132…実験体系実効遅発中性子割合暫定値記憶部、133…実験体系物理量記憶部、134…実験体系軸方向外挿距離記憶部、135…代表燃料棒セル演算値記憶部、136…計算値・測定値相対誤差記憶部、137…実験体系感度係数ベクトル記憶部、138…代表燃料棒セル感度係数ベクトル記憶部、139…共分散誤差行列記憶部、140…制御部、141…入力制御部、142…出力制御部、150…入力装置、160…出力装置、200…臨界実験装置、201…炉心タンク、202…燃料支持板、203…上部格子板、204…下部格子板、205…炉心、210…燃料棒、220…制御棒、230…中性子検出器、240…水位発信器   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Effective delayed neutron ratio measuring apparatus, 100 ... Central processing unit (CPU), 101 ... Bus, 110 ... Calculation part, 111 ... Experimental system effective delayed neutron ratio provisional value calculation part, 112 ... Experimental system physical quantity calculation part , 113 ... Experimental system axial extrapolation distance calculation unit, 114 ... Representative fuel rod cell infinite multiplication factor calculation unit, 115 ... Calculated value / measured value relative error calculation unit, 116 ... Experimental system sensitivity coefficient vector calculation unit, 117 ... Representative Fuel rod cell sensitivity coefficient vector calculation unit, 118 ... Covariance error matrix calculation unit, 119 ... Representative fuel rod cell infinite multiplication factor correction value calculation unit, 120 ... Representative fuel rod cell moving area calculation unit, 121 ... Experimental system effective delay Neutron ratio calculation unit, 130 ... storage unit, 131 ... experimental system measurement value storage unit, 132 ... experimental system effective delayed neutron ratio provisional value storage unit, 133 ... experimental system physical quantity storage unit, 134 Experimental system axial extrapolation distance storage unit, 135 ... representative fuel rod cell calculation value storage unit, 136 ... calculated value / measured value relative error storage unit, 137 ... experimental system sensitivity coefficient vector storage unit, 138 ... representative fuel rod cell sensitivity Coefficient vector storage unit, 139 ... covariance error matrix storage unit, 140 ... control unit, 141 ... input control unit, 142 ... output control unit, 150 ... input device, 160 ... output device, 200 ... critical experiment device, 201 ... core Tank, 202 ... Fuel support plate, 203 ... Upper lattice plate, 204 ... Lower lattice plate, 205 ... Core, 210 ... Fuel rod, 220 ... Control rod, 230 ... Neutron detector, 240 ... Water level transmitter

Claims (9)

複数の燃料棒が水平方向に互いに間隔をあけて配列された炉心を収納する炉心タンク内を所定の水位に保持して、制御棒の炉心への挿入長さを調整して臨界を達成する臨界装置の実効遅発中性子割合を算出する実効遅発中性子割合測定方法において、
臨界状態から制御棒を全量引き抜きした際の増倍時間tおよび燃料棒の軸方向核分裂率分布の測定結果を入力装置が取得する試験ステップと、
前記試験ステップの後に、前記増倍時間tおよび前記軸方向核分裂率分布の測定結果を用いて反応度ρおよび軸方向外挿距離δを算出する反応度等算出ステップと、
前記反応度等算出ステップの後に、無限増倍率kを算出し、前記軸方向核分裂率分布および前記炉心が臨界となった際の臨界水位zcの測定値から前記無限増倍率kを補正する補正ステップと、
前記補正ステップの後に、前記制御棒の全引き抜き時の前記臨界水位zcを算出する臨界水位算出ステップと、
前記臨界水位算出ステップの後に、前記実効遅発中性子割合βeffの最終値を算出する最終値算出ステップと、
を有し、
前記反応度等算出ステップにおいては、前記実効遅発中性子割合βeffの暫定値を算出し、この前記実効遅発中性子割合βeffの前記暫定値を使用することを特徴とする実効遅発中性子割合測定方法。
A criticality that achieves criticality by adjusting the insertion length of the control rods into the core while holding the core tank holding the core in which a plurality of fuel rods are arranged horizontally spaced apart from each other. In the effective delayed neutron ratio measurement method for calculating the effective delayed neutron ratio of the device,
A test step in which the input device acquires the measurement time of the multiplication time t and the axial fission rate distribution of the fuel rod when the control rod is fully pulled out from the critical state;
After the test step, a reactivity etc. calculating step for calculating the reactivity ρ and the axial extrapolation distance δ using the multiplication time t and the measurement result of the axial fission rate distribution;
After the reaction of such calculation step calculates the infinite multiplication factor k ∞, the axial fission rate distribution and the reactor core to correct the infinite multiplication factor k from the measured value of the critical water level zc at the time of a critical A correction step;
After the correcting step, a critical water level calculating step for calculating the critical water level zc at the time of full withdrawal of the control rod;
A final value calculating step for calculating a final value of the effective delayed neutron ratio β eff after the critical water level calculating step;
Have
In the reactivity calculation step, the provisional value of the effective delayed neutron ratio β eff is calculated, and the provisional value of the effective delayed neutron ratio β eff is used. Measuring method.
前記反応度等算出ステップにおいて、前記試験ステップで得られた増倍時間tおよび前記実効遅発中性子割合βeffの前記暫定値を用いて反応度ρを求め、その値から制御棒全引き抜き時に臨界となる仮想的な臨界水位とその水位から現炉心タンク水の水位差を求めることによって水位反応度係数を算出し、これらの結果から前記炉心の実効遅発中性子割合βeffを算出することを特徴とする請求項1に記載の実効遅発中性子割合測定方法。 In the reactivity calculation step, the reactivity ρ is calculated using the provisional value of the multiplication time t and the effective delayed neutron ratio β eff obtained in the test step, and the criticality is obtained when all control rods are drawn from the values. The water level reactivity coefficient is calculated by determining the water level difference of the current core tank water from the virtual critical water level and the water level, and the effective delayed neutron ratio β eff of the core is calculated from these results. The effective delayed neutron ratio measuring method according to claim 1. 前記最終値算出ステップにおいて、実効遅発中性子割合βeffを次式で求めることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の実効遅発中性子割合測定方法。
Figure 2015094746
(ただし、keff は炉心体系の実効中性子増倍率、kは炉心体系の代表的な燃料棒セルの無限増倍率、aは臨界実験装置に構成した炉心体系の径方向と軸方向の洩れの割合の比を示す。)
The effective delayed neutron ratio measuring method according to claim 1 or 2, wherein, in the final value calculating step, an effective delayed neutron ratio β eff is obtained by the following equation.
Figure 2015094746
(Where k eff E is the effective neutron multiplication factor of the core system, k is the infinite multiplication factor of a typical fuel rod cell of the core system, and a is the leakage in the radial and axial directions of the core system configured in the critical experimental device. The ratio of the ratio is shown.)
前記最終値算出ステップにおいて、前記実効遅発中性子割合βeffの前記暫定値を用いて、次の式により、移動面積M の算出、前記臨界水位zcの算出、第2の移動面積M の算出、合成した移動面積Mのそれぞれの算出を行うことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の実効遅発中性子割合測定方法。
Figure 2015094746
In the final value calculating step, using the provisional value of the effective delayed neutron fraction beta eff, by the following equation, the mobile calculates the area M 1 2, wherein the calculation of the critical water level zc, the second transfer area M 2 calculation of 2, synthesized effective delayed neutron fraction measuring method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that each of the calculation of the transfer area M 2 has.
Figure 2015094746
前記最終値算出ステップにおいて、前記実効遅発中性子割合βeffを次式で求めることを特徴とする請求項4に記載の実効遅発中性子割合測定方法。
Figure 2015094746
5. The effective delayed neutron ratio measuring method according to claim 4, wherein in the final value calculating step, the effective delayed neutron ratio β eff is obtained by the following equation.
Figure 2015094746
前記反応度等算出ステップにおいて、6群の遅発中性子割合の相対値を用いて臨界実験装置を2次元または3次元にモデル化して動特性パラメータを算出するステップと、その相対値と前記増倍時間tを逆時間方程式に代入して制御棒全引き抜きにより生じた反応度ρを求めるステップと、その反応度ρの値を前記実効遅発中性子割合βeffの算出に使用するステップと、を有することを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の実効遅発中性子割合測定方法。 In the step of calculating the reactivity, etc., a step of calculating a dynamic characteristic parameter by modeling the critical experimental apparatus in two or three dimensions using the relative value of the delayed neutron ratio of the six groups, the relative value and the multiplication Substituting the time t into the inverse time equation to obtain the reactivity ρ generated by pulling out all the control rods, and using the value of the reactivity ρ for calculating the effective delayed neutron ratio β eff The method for measuring the effective delayed neutron ratio according to any one of claims 1 to 5. 前記反応度等算出ステップにおいて、前記反応度ρに前記実効遅発中性子割合βeffの前記暫定値を乗じてその結果を1に加算して、前記炉心の実効中性子増倍率keff を得て、この実効中性子増倍率keff を前記実効遅発中性子割合βeffの算出に使用することを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の実効遅発中性子割合測定方法。 In the reactivity calculation step, the reactivity ρ is multiplied by the provisional value of the effective delayed neutron ratio β eff and the result is added to 1 to obtain an effective neutron multiplication factor k eff E of the core. The effective delayed neutron ratio measuring method according to any one of claims 1 to 6, wherein the effective neutron multiplication factor k eff E is used for calculating the effective delayed neutron ratio β eff. . 前記反応度等算出ステップは、
前記反応度ρを用いて前記炉心の実効中性子増倍率keff を得るステップと、
炉心の臨界状態を3次元モンテカルロコードで計算して中性子実効増倍率keff を算出するステップと、
前記実効中性子増倍率keff と前記実効中性子増倍率keff との相対差E=(keff ―keff )/keff を算出するステップと、
当該炉心の中性子無限増倍率kについて使用している核データライブラリに関する感度係数ベクトルSを算出するステップと、
実験体系感度係数ベクトル演算部が前記中性子実効増倍率keffについて前記核データライブラリに関する感度係数ベクトルSを算出するステップと、
前記核データライブラリの共分散誤差行列をWとし、核データライブラリに起因する前記中性子無限増倍率kの相対誤差 ERを次の式により求めるステップと、
ER=E×(S WS)/(S
(ただし、Tは転置行列を示す。)
得られた相対誤差ERを用いて、目的とする燃料棒セルの無限増倍率k correctionを次式により求めるステップと、
correction=k×1/(1+ER
を有し、
この目的とする燃料棒セルの無限増倍率k correctionを実効遅発中性子割合βeffの算出に使用することを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の実効遅発中性子割合測定方法。
The step of calculating the reactivity, etc.
Obtaining an effective neutron multiplication factor k eff E of the core using the reactivity ρ;
Calculating a critical state of the core with a three-dimensional Monte Carlo code to calculate a neutron effective multiplication factor k eff C ;
Calculating a relative difference E P = (k eff C −k eff E ) / k eff E between the effective neutron multiplication factor k eff C and the effective neutron multiplication factor k eff E ;
Calculating a sensitivity coefficient vector S R on Nuclear Data Library using the neutron infinite multiplication factor k of the core,
An experimental system sensitivity coefficient vector calculation unit calculating a sensitivity coefficient vector S E related to the nuclear data library for the neutron effective multiplication factor k eff ;
A step of said covariance error matrix of nuclear data library and is W, obtains the relative error ER P of the neutron infinite multiplication factor k due to nuclear data library by the following equation,
ER P = E P × (S R T WS R) / (S E T W R)
(However, T represents a transposed matrix.)
Using the obtained relative error ER P, determining a infinite multiplication factor k correction of the fuel rod cells of interest by the following equation,
k correction = k × 1 / (1 + ER P )
Have
The effective delay according to any one of claims 1 to 7, wherein the infinite multiplication factor k correction of the fuel rod cell for the purpose is used for calculating the effective delayed neutron ratio β eff. Neutron ratio measurement method.
鉛直方向に延びる複数の燃料棒が水平方向に互いに間隔をあけて格子状に配列された炉心を収納するタンク内を所定の水位に保持して、鉛直方向に延びる制御棒の炉心への挿入長さを調整して臨界を達成する臨界装置の実効遅発中性子割合を算出する実効遅発中性子割合測定装置において、
実験で得られたデータの外部入力を受け入れる入力装置と、
前記入力装置で受け入れたデータを格納する実験体系測定値記憶部と、
実効遅発中性子割合βeffの暫定値を算出する実験体系実効遅発中性子割合暫定値演算部と、
前記実験体系実効遅発中性子割合暫定値演算部で算出された実効遅発中性子割合βeffの暫定値を記憶する実験体系実効遅発中性子割合暫定値記憶部と、
軸方向および横方向の中性子の流れを計算し、横方向の漏れの軸方向の漏れに対する比aの算出、前記実験体系測定値記憶部に格納された中性子検出器の信号にもとづく増倍時間tの算出、前記増倍時間tおよび前記実験体系実効遅発中性子割合暫定値記憶部に格納された前記実効遅発中性子割合βeffの暫定値を用いての臨界実験装置に加わった反応度ρの算出、前記実験体系測定値記憶部に格納された実験条件データから制御棒を全引き抜きしたときにちょうど臨界になる水位zcの算出および試験時の水位における制御棒の全引き抜き状態での中性子実効増倍率keffの算出を行う実験体系物理量演算部と、
前記実験体系物理量演算部で算出された前記横方向の漏れの軸方向の漏れに対する比a、前記反応度ρ、前記水位zc、前記中性子実効増倍率keff等の算出結果を記憶する実験体系物理量記憶部と、
前記実験体系測定値記憶部に格納された軸方向出力分布データに基づき軸方向の外挿距離δを含めて軸方向出力分布f(x)を算出する実験体系軸方向外挿距離演算部と、
前記実験体系軸方向外挿距離演算部で算出した軸方向外挿距離を含む出力分布を記憶する実験体系軸方向外挿距離記憶部と、
前記実験体系測定値記憶部に格納された実験条件データを用いて炉心体系を代表する燃料棒セルの無限増倍率kを算出し、また、入力装置から出力された選定された計算手法および計算コードを用いて、炉心体系の中性子実効増倍率keff を算出する代表燃料棒セル無限増倍率演算部と、
前記代表燃料棒セル無限増倍率演算部で算出された炉心体系を代表する燃料棒セルの無限増倍率kを記憶する代表燃料棒セル演算値記憶部と、
前記実験体系物理量演算部が評価した中性子実効増倍率の計算結果keff と実験結果keff とを比較し、差の絶対値|keff −keff |/keff を算出し、さらに、この絶対値|keff −keff |/keff が規定値以下であるか否かを判定する計算値・測定値相対誤差演算部と、
前記計算値・測定値相対誤差演算部で算出された絶対値|keff −keff |/keff を記憶する計算値・測定値相対誤差記憶部と、
適切な計算手法、核データライブラリ、計算コードで、実験体系での実効増倍率keffの感度係数ベクトルSを算出する実験体系感度係数ベクトル演算部と、
前記実験体系感度係数ベクトル演算部で算出された実験体系での実効増倍率keffの感度係数ベクトルSを記憶する実験体系感度係数ベクトル記憶部と、
炉心を代表する燃料棒セルの無限増倍率kの感度係数ベクトルSを算出する代表燃料棒セル感度係数ベクトル演算部と、
前記代表燃料棒セル感度係数ベクトル演算部で算出された炉心を代表する燃料棒セルの無限増倍率kの感度係数ベクトルSを記憶する代表燃料棒セル感度係数ベクトル記憶部と、
核データライブラリの共分散誤差行列Wを演算する共分散誤差行列演算部と、
前記共分散誤差行列演算部で算出された共分散誤差行列Wを記憶する共分散誤差行列記憶部と、
前記実験体系物理量演算部が評価した計算値keff に含まれる相対誤差Eの算出、前記実験体系感度係数ベクトル記憶部に記憶された前記感度係数ベクトルSと前記代表燃料棒セル感度係数ベクトル記憶部に記憶された前記感度係数ベクトルSと前記共分散誤差行列記憶部に記憶された前記共分散誤差行列Wとを用いた修正因子CFの算出と、前記相対誤差Eおよび修正因子CFを用いた入力パラメータに起因する相対誤差ERの算出、前記入力パラメータに起因する相対誤差ERを用いた中性子無限増倍率kの補正を行う代表燃料棒セル無限増倍率補正値演算部と、
前記実験体系物理量記憶部に格納された前記横方向の漏れの軸方向の漏れに対する比a、前記反応度ρ、前記水位zc、前記中性子実効増倍率keff等と、前記実験体系実効遅発中性子割合暫定値記憶部に格納された実効遅発中性子割合βeffの暫定値とを用いて、移動面積M の算出、第2の移動面積M の算出、前記移動面積M と前記移動面積M とを合成した移動面積Mの算出を行う代表燃料棒セル移動面積演算部と、
前記代表燃料棒セル移動面積演算部で算出された移動面積M、前記代表燃料棒セル無限増倍率補正値演算部で算出された補正後のkおよび中性子実効増倍率keff等を用いて、実効遅発中性子割合βeffの最終値を算出する実験体系実効遅発中性子割合演算部と、
を有することを特徴とする実効遅発中性子割合測定装置。
The length of insertion of control rods extending in the vertical direction into the core while holding a predetermined water level inside the tank containing the core in which a plurality of fuel rods extending in the vertical direction are horizontally spaced and arranged in a grid In the effective delayed neutron ratio measuring device that calculates the effective delayed neutron ratio of the critical device that adjusts the thickness to achieve the criticality,
An input device that accepts external input of data obtained from experiments;
An experimental system measurement value storage unit for storing data received by the input device;
An experimental system for calculating the provisional value of the effective delayed neutron ratio βeff ;
An experimental system effective delayed neutron ratio provisional value storage unit for storing a temporary value of the effective delayed neutron ratio βeff calculated by the experimental system effective delayed neutron ratio provisional value calculation unit;
The axial and lateral neutron flows are calculated, the ratio of lateral leakage to axial leakage is calculated, and the multiplication time t based on the signal from the neutron detector stored in the experimental system measurement value storage unit. , Calculation of reactivity ρ applied to the critical experiment apparatus using the provisional value of the effective delayed neutron ratio βeff stored in the multiplication time t and the experimental system effective delayed neutron ratio provisional value storage unit The calculation of the water level zc that is just critical when all the control rods are extracted from the experimental condition data stored in the experimental system measured value storage unit, and the effective neutron multiplication factor in the fully extracted state of the control rod at the water level during the test an experimental system physical quantity calculation unit for calculating k eff ;
Experimental system physical quantity that stores calculation results such as the ratio of the lateral leakage to the axial leakage calculated by the experimental system physical quantity computing unit, the reactivity ρ, the water level zc, and the neutron effective multiplication factor k eff. A storage unit;
An experimental system axial extrapolation distance computing unit that calculates an axial output distribution f (x) including the extrapolation distance δ in the axial direction based on the axial output distribution data stored in the experimental system measurement value storage unit;
An experimental system axial extrapolation distance storage unit that stores an output distribution including the axial extrapolation distance calculated by the experimental system axial extrapolation distance calculation unit;
The experimental condition data stored in the experimental system measured value storage unit is used to calculate the infinite multiplication factor k of the fuel rod cell representing the core system, and the selected calculation method and calculation output from the input device A representative fuel rod cell infinite multiplication factor calculation unit for calculating the effective neutron multiplication factor k eff C of the core system using the code;
A representative fuel rod cell calculation value storage unit for storing an infinite multiplication factor k of a fuel rod cell representing the core system calculated by the representative fuel rod cell infinite multiplication factor calculation unit;
The calculation result k eff C of the neutron effective multiplication factor evaluated by the experiment system physical quantity calculation unit is compared with the experiment result k eff E, and the absolute value of the difference | k eff C −k eff E | / k eff E is calculated. further, the absolute value | a / k eff E is calculated values and measurement values relative error calculation unit equal to or smaller than the prescribed value, | k eff C -k eff E
A calculated value / measured value relative error storage unit for storing the absolute value | k eff C −k eff E | / k eff E calculated by the calculated value / measured value relative error calculation unit;
Suitable calculation technique, nuclear data library, the calculation code, with the experimental system sensitivity coefficient vector calculating portion for calculating a sensitivity coefficient vector S E of the effective multiplication factor k eff in experimental systems,
An experimental system sensitivity coefficient vector storage unit for storing a sensitivity coefficient vector S E of the effective multiplication factor k eff in the experimental system calculated by the experimental system sensitivity coefficient vector calculation unit;
A representative fuel rod cell sensitivity coefficient vector calculating portion for calculating a sensitivity coefficient vector S R of infinite multiplication factor k of the fuel rod cells representing the core,
A representative fuel rod cell sensitivity coefficient vector storage unit for storing the sensitivity coefficient vector S R of infinite multiplication factor k of the fuel rod cells representative of core calculated by said representative fuel rod cell sensitivity coefficient vector calculation part,
A covariance error matrix calculation unit for calculating the covariance error matrix W of the nuclear data library;
A covariance error matrix storage unit for storing the covariance error matrix W calculated by the covariance error matrix calculation unit;
Calculation of the relative error E P included in the calculated value k eff C evaluated by the experimental system physical quantity calculation unit, the sensitivity coefficient vector S E stored in the experimental system sensitivity coefficient vector storage unit, and the representative fuel rod cell sensitivity coefficient and calculation of the correction factor CF by using said covariance error matrix W stored as the sensitivity coefficient vector S R stored in the vector storage unit to the covariance error matrix storage unit, the relative error E P and modifiers calculation of relative error ER P due to the input parameter using the CF, the input parameter due to the correction of the relative error ER P neutron infinite multiplication factor k using representative fuel rod cell infinite multiplication factor correction value calculation unit When,
A ratio of the lateral leakage to the axial leakage stored in the experimental system physical quantity storage unit, the reactivity ρ, the water level zc, the effective neutron multiplication factor k eff, and the like, and the experimental system effective delayed neutron by using the provisional value of the stored effective delayed neutron fraction beta eff in proportion provisional value storage unit, the calculation of the transfer area M 1 2, the second calculation of the transfer area M 2 2, and the transfer area M 1 2 a representative fuel rod cell transfer area calculating unit for calculating the movement area M 2 which were synthesized with the transfer area M 2 2,
Using the movement area M 2 calculated by the representative fuel rod cell movement area calculation unit, the corrected k calculated by the representative fuel rod cell infinite multiplication factor correction value calculation unit, the effective neutron multiplication factor k eff, and the like. , An experimental system effective delayed neutron ratio calculator that calculates the final value of the effective delayed neutron ratio β eff ,
An effective delayed neutron ratio measuring apparatus comprising:
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